電力牽引系統(tǒng)的預(yù)測型諧波電流檢測方法研究

2017-04-12 10:19:04 大云網(wǎng)　點(diǎn)擊量：評論 (0)

核心提示：　　鐵路電氣化牽引以其篼速、重載、節(jié)約一次能源和減輕環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)被越來越廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代鐵路運(yùn)輸中。但是，電力牽引負(fù)荷是一種波動性很大的單相大功率整流負(fù)荷，是目前電力系統(tǒng)中最嚴(yán)重的諧波

　　鐵路電氣化牽引以其篼速、重載、節(jié)約一次能源和減輕環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)被越來越廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代鐵路運(yùn)輸中。但是，電力牽引負(fù)荷是一種波動性很大的單相大功率整流負(fù)荷，是目前電力系統(tǒng)中最嚴(yán)重的諧波源之一。為了減輕牽引負(fù)荷對電力系統(tǒng)的不利影響，需要在電鐵牽引站牽引臂出口處安裝濾波器吸收其產(chǎn)生的諧波電流。

　　傳統(tǒng)的無源濾波器由于自身缺陷已不能滿足電力牽引負(fù)荷的濾波要求。近年來迅速發(fā)展起來的有源電力濾波器（APF）由于擁有諸多優(yōu)點(diǎn)而得到越來越廣泛的重視和應(yīng)用。APF是一種主動進(jìn)行補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備，它通過檢測環(huán)節(jié)計(jì)算出負(fù)載的諧波電其中流，然后控制主電路輸出，提供與負(fù)載諧波電流反相的補(bǔ)償電流來消除諧波。其中，諧波電流的實(shí)時檢測無疑是保證APF補(bǔ)償特性的重要環(huán)節(jié)。

　　對于諧波電流檢則，目前應(yīng)用較多的是基于瞬時無功功率理論的檢測方法和基于dqO系統(tǒng)的廣義瞬時無功功率的檢測方法，近期又提出了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)諧波檢測方法等。它們主要存在兩方面問題：一是由于采樣及計(jì)算的時間延遲，無法實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)時檢測；二是牽引負(fù)荷變化較快，是強(qiáng)時變性負(fù)載。前兩種檢測方法均含有低通濾波器，后者需要符合實(shí)際的全面的訓(xùn)練樣本，這對電流變化暫態(tài)過程存在明顯時滯，都無法響應(yīng)諧波電流的快速變化。

　　對于APF要做到實(shí)時補(bǔ)償，需提前知道下一個開關(guān)時刻的諧波電流，但下一時刻尚未到來，實(shí)際中無法檢測到該電流。據(jù)此，本文提出一種預(yù)測型諧波電流檢測方法，通過預(yù)測環(huán)節(jié)可以較為準(zhǔn)確地得到未來時刻的諧波電流，且能夠跟蹤負(fù)荷的快速變化，待下一時刻到來時實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制，即所謂的無差拍控制。

　　2單相電路諧波電流檢測原理考察基于瞬時無功功率理論的三相電路諧波電流檢測方法，發(fā)現(xiàn)總是先將檢測到的三相信號變?yōu)橄嗷ゴ怪钡淖鴺?biāo)系中的兩相信號，然后再進(jìn)一步計(jì)算。對于單相電路，將上述方法簡化，只需再構(gòu)造一相電流與實(shí)際的電流滯后TV4（這里了為工頻周期），直接形成假設(shè)的兩相坐標(biāo)系信號即可。

　　設(shè)單相電路電流瞬時值為一以上各，sina>r和costwi是電壓信號經(jīng)過過零同步和鎖相環(huán)得到的標(biāo)準(zhǔn)正弦信號。變量上面的“-”

　　表示直流分量，“”表示交流分量，ip和〗q分別表示電流的有功和無功直流分量。對iP和L作與式對應(yīng)的反變換即可得到基波電流。和…

　　f.從全電流中減去基波分量便得到諧波電流分量ish=K-Ki（7）基于上述方法的單相電路諧波電流檢測原理如所示。其中，廠“是滯后了/4環(huán)節(jié)，C22及C3如式（8）所示3預(yù)測型諧波電流檢測算法本文提出一種預(yù)測型諧波電流檢測算法來解決前述時間延遲問題，以實(shí)現(xiàn)快速跟蹤，其實(shí)現(xiàn)原理如所示，其中，ia是通過傳感器檢測得到的負(fù)載電流，PM為一預(yù)測環(huán)節(jié)。

　　預(yù)測型單相電路諧波電流檢測原理3.1負(fù)荷電流漸變情況k周期內(nèi)的采樣點(diǎn)序列+1點(diǎn)的預(yù)測值GU+1）由兩部分組成：hU固定分量，i2U+l）為擾動分量。

　　對于固定分量，負(fù)荷電流漸變時，考慮其周期性特點(diǎn)，本文采用線性外推算法，則有對于擾動分量，其變化與此前的幾個采樣點(diǎn)密切相關(guān)，為提高計(jì)算精度，采用二階外推算法。

　　3.2負(fù)荷電流劇烈變化情況根據(jù)機(jī)車運(yùn)行狀況以及供電臂上的機(jī)車數(shù)目不同，牽引負(fù)荷的大小常會有一些劇烈變化，此時的諧波電流分量也劇烈變化，對其預(yù)測算法需做一些修正。計(jì)算表明，當(dāng)電力機(jī)車總電流發(fā)生一定變化時，其基波分量也有與之相似的變化，當(dāng)電力機(jī)車經(jīng)過分區(qū)亭時，對于牽引供電系統(tǒng)某一供電臂，瞬間增加一輛機(jī)車或減少一輛機(jī)車，其牽引臂負(fù)荷電流表現(xiàn)出臺階變化的特點(diǎn)此時，可對前述環(huán)節(jié)用下面方法進(jìn)行處理。

　　經(jīng)過這種處理后，預(yù)測出的諧波電流可以快速跟蹤負(fù)荷變化，解決了一般低通濾波器的滯后效應(yīng)。

　　在實(shí)際計(jì)算中，首先由，他們均含有3、5、7、9、11次等諧波分量，b和b表示了在不同變化情況下用常規(guī)算法和預(yù)測算法檢測到的諧波電流結(jié)果。由可見，當(dāng)負(fù)載電流漸變性變化時，采用預(yù)測算法得到的諧波電流與理論諧波電流基本吻合，而常規(guī)算法則存在較大誤漸變性變化的負(fù)荷電流模型含有劇烈變化的負(fù)荷電流模型（電流在1/4周期內(nèi)增加了1倍）差。表明，當(dāng)負(fù)載電流劇烈變化時，常規(guī)算法得到的諧波電流大約存在一個周期的時滯，而采用預(yù)測算法則基本沒有時滯。

　　5結(jié)論本文提出了一種預(yù)測型諧波電流檢測方法。理況仍能給出準(zhǔn)確的預(yù)測值，并且克服了其他方法存在的時滯問題，為有源濾波系統(tǒng)濾除諧波電流奠定了基礎(chǔ)。這種諧波檢測方法可用于一般整流負(fù)荷以及電力牽引負(fù)荷等的諧波電流檢測。

責(zé)任編輯：電小二

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