電力牽引系統的預測型諧波電流檢測方法研究

2017-04-12 10:19:04 大云網　點擊量：評論 (0)

核心提示：　　鐵路電氣化牽引以其篼速、重載、節約一次能源和減輕環境污染等優點被越來越廣泛地應用在現代鐵路運輸中。但是，電力牽引負荷是一種波動性很大的單相大功率整流負荷，是目前電力系統中最嚴重的諧波

核心提示：　　鐵路電氣化牽引以其篼速、重載、節約一次能源和減輕環境污染等優點被越來越廣泛地應用在現代鐵路運輸中。但是，電力牽引負荷是一種波動性很大的單相大功率整流負荷，是目前電力系統中最嚴重的諧波源之一。為了減

　　鐵路電氣化牽引以其篼速、重載、節約一次能源和減輕環境污染等優點被越來越廣泛地應用在現代鐵路運輸中。但是，電力牽引負荷是一種波動性很大的單相大功率整流負荷，是目前電力系統中最嚴重的諧波源之一。為了減輕牽引負荷對電力系統的不利影響，需要在電鐵牽引站牽引臂出口處安裝濾波器吸收其產生的諧波電流。

　　傳統的無源濾波器由于自身缺陷已不能滿足電力牽引負荷的濾波要求。近年來迅速發展起來的有源電力濾波器（APF）由于擁有諸多優點而得到越來越廣泛的重視和應用。APF是一種主動進行補償的設備，它通過檢測環節計算出負載的諧波電其中流，然后控制主電路輸出，提供與負載諧波電流反相的補償電流來消除諧波。其中，諧波電流的實時檢測無疑是保證APF補償特性的重要環節。

　　對于諧波電流檢則，目前應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網絡的自適應諧波檢測方法等。它們主要存在兩方面問題：一是由于采樣及計算的時間延遲，無法實現真正的實時檢測；二是牽引負荷變化較快，是強時變性負載。前兩種檢測方法均含有低通濾波器，后者需要符合實際的全面的訓練樣本，這對電流變化暫態過程存在明顯時滯，都無法響應諧波電流的快速變化。

　　對于APF要做到實時補償，需提前知道下一個開關時刻的諧波電流，但下一時刻尚未到來，實際中無法檢測到該電流。據此，本文提出一種預測型諧波電流檢測方法，通過預測環節可以較為準確地得到未來時刻的諧波電流，且能夠跟蹤負荷的快速變化，待下一時刻到來時實現實時控制，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，發現總是先將檢測到的三相信號變為相互垂直的坐標系中的兩相信號，然后再進一步計算。對于單相電路，將上述方法簡化，只需再構造一相電流與實際的電流滯后TV4（這里了為工頻周期），直接形成假設的兩相坐標系信號即可。

　　設單相電路電流瞬時值為一以上各，sina>r和costwi是電壓信號經過過零同步和鎖相環得到的標準正弦信號。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環節，C22及C3如式（8）所示3預測型諧波電流檢測算法本文提出一種預測型諧波電流檢測算法來解決前述時間延遲問題，以實現快速跟蹤，其實現原理如所示，其中，ia是通過傳感器檢測得到的負載電流，PM為一預測環節。

　　預測型單相電路諧波電流檢測原理3.1負荷電流漸變情況k周期內的采樣點序列+1點的預測值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，負荷電流漸變時，考慮其周期性特點，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密切相關，為提高計算精度，采用二階外推算法。

　　3.2負荷電流劇烈變化情況根據機車運行狀況以及供電臂上的機車數目不同，牽引負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，對其預測算法需做一些修正。計算表明，當電力機車總電流發生一定變化時，其基波分量也有與之相似的變化，當電力機車經過分區亭時，對于牽引供電系統某一供電臂，瞬間增加一輛機車或減少一輛機車，其牽引臂負荷電流表現出臺階變化的特點此時，可對前述環節用下面方法進行處理。

　　經過這種處理后，預測出的諧波電流可以快速跟蹤負荷變化，解決了一般低通濾波器的滯后效應。

　　在實際計算中，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算法和預測算法檢測到的諧波電流結果。由可見，當負載電流漸變性變化時，采用預測算法得到的諧波電流與理論諧波電流基本吻合，而常規算法則存在較大誤漸變性變化的負荷電流模型含有劇烈變化的負荷電流模型（電流在1/4周期內增加了1倍）差。表明，當負載電流劇烈變化時，常規算法得到的諧波電流大約存在一個周期的時滯，而采用預測算法則基本沒有時滯。

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