一种铁路功率调节器负序实时优化补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种铁路功率调节器负序实时优化补偿方法，通过建立有功转移电流ΔIp与λ之间及无功补偿电流ΔIq与之间函数关系，进而获得λ与之间的函数表达式；以所述三相电压不平衡度给定值为约束条件，采用最速下降法，计算得到最优有功补偿系数和最优负序无功补偿角，从而得到实时工况下最优的负序补偿电流给定值。本发明专利技术所述方法运算量小，可以实时在线精确计算最优补偿功率给定值，实现电气化铁路负序和无功实时优化治理；不仅可以实现牵引变电所负序和无功的综合治理，还能实现RPC补偿功率功率最小运行，从而减少RPC运行电流和损耗，并可以提高RPC长期运行能力，具有良好的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电气化铁路
，具体而言，涉及一种铁路功率调节器负序实时优化补偿方法。
技术介绍
随着高速铁路网的建成，重载和高速将是我国铁路发展的重点，电气化铁路中的负序问题因高速铁路牵引功率增大而变得更为突出。电气化铁路是典型的单相负荷，三相电力系统向其供电时，将会产生负序电流，这将影响牵引供电系统和电力系统的安全稳定运行。铁路功率调节器(RPC)在平衡系统电压、提高功率因数、抑制电压波动和滤除谐波方面效果显著，是一种有效的综合治理手段。从RPC治理效果来说，可以分为完全补偿和优化补偿两种。优化补偿方式能在满足电能质量国标要求的情况下，有效减少RPC容量和工作电流，具有良好的应用前景。在RPC优化补偿问题上，文献“电气化铁路供电系统电能质量综合补偿技术研究”分析了负序电流与补偿功率的关系，但是并没有针对负序国标要求，进行优化设计；文献“基于V/V牵引供电系统的混合式电能质量补偿研究”提出了负序优化补偿策略，但是只适用于一臂重载，一臂空载工况下最小安装容量的计算，并不能在牵引负荷波动情况下实时计算最优补偿量；文献“基于V/V接线变压器的铁路功率调节器容量配置和能量优化补偿策略”采用粒子群优化算法计算RPC最小补偿功率，但该方法是将牵引负荷设为一定的步长，然后采用离线优化计算方法获得优化解，因此无法适用于牵引负荷波动情况下实时计算，并且在所取步长太大的情况下，补偿精确不够理想，存在欠补偿或补偿问题。因此，目前还没有一种比较简单的适用于波动负载工况的实时在线精确计算最优补偿功率的方法。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种铁路功率调节器负序实时优化补偿方法，能够实时在线精确计算最优补偿功率给定值，实现电气化铁路负序和无功实时优化治理，以满足铁路公司和电力部门的需求。一种铁路功率调节器负序实时优化补偿方法，包括以下数据：步骤1：对牵引变压器牵引侧的两相馈线的电压和电流进行采样；步骤2：利用步骤1采样获得的数据，采用快速傅里叶算法和瞬时功率算法，获得α臂负载有功电流IαLp和负载无功电流IαLq，β臂负载有功电流IβLp和负载无功电流IβLq，负载有功电流比KI和有功补偿系数λ；步骤3：计算有功转移电流ΔIp与有功补偿系数λ之间函数关系ΔIp＝f(λ)，以及无功补偿电流ΔIq与负序无功补偿角之间函数关系步骤4：以三相电压不平衡度给定值ε*u＝1.2％为约束条件，利用ΔIp＝f(λ)和求得有功补偿系数λ和负序无功补偿角之间的函数关系并采用优化算法计算在补偿电流最小时，最优有功补偿系数λ0和最优负序无功补偿角电能质量三相电压不平衡(GB/T15543-2008)要求，三相电压不平衡度εu应小于1.2％；步骤5：以所述最优有功补偿系数λ0和最优负序无功补偿角为目标，计算α臂补偿功率给定值有功分量Iαcp和无功分量Iαcq，以及β臂补偿功率给定值有功分量Iβcp和无功分量Iβcq；步骤6：将步骤5得到的补偿功率给定值输入铁路功率调节器的α变换器和β变换器，控制所述铁路功率调节器的运行，实现牵引变电所负序和无功优化控制。所述负载有功电流比KI是指牵引变压器的α臂和β臂机车功率因数为1时，α臂和β臂负载有功电流幅值大小之比。所述有功转移电流ΔIp与有功补偿系数λ之间函数关系ΔIp＝f(λ)的具体表达式为：ΔIP=f(λ)=12λ(IαLp-IβLp)=12λ(1-KI)IαLp;]]>所述无功补偿电流ΔIq与负序无功补偿角之间函数关系的具体表达式为：其中，ΔIqα和ΔIqβ分别为无功补偿电流ΔIq的α臂分量和β臂分量。所述有功补偿系数λ和负序无功补偿角之间的函数关系的表达式如下：其中，ε*u为三相电压不平衡度给定值，SL为负载视在功率，Sd为系统短路容量。在求解时，是以三相电压不平衡度给定值ε*u为约束条件，对应的根据国标定义，可知三相电压不平衡度的公式为：ϵU=ϵISLSd]]>由于负载视在功率SL和系统短路容量Sd，这两个参数均为常数；而εI为三相电流不平衡度，其表达式为：式中，I'α为补偿后α臂电流值，I'β为补偿后β臂电流值。为了获得的表达式，需要找出I'α和I'β与λ和的关系：由V/v变压器一次侧和二次侧电压电流矢量关系可知：将上述的V/v变压器一次侧和二次侧电压电流矢量关系公式代入三相电流不平衡度公式中，再三相电压不平衡度公式，得到的表达式。所述步骤4中采用的优化算法为最速下降法、牛顿迭代法或共轭方向法。所述步骤5中α臂补偿功率给定值有功分量Iαcp和无功分量Iαcq，以及β臂补偿功率给定值有功分量Iβcp和无功分量Iβcq分别为：Iαcp=Iβcp=12L(IαLp-IβLp)]]>有益效果本专利技术提供了一种铁路功率调节器负序实时优化补偿方法，通过建立有功转移电流ΔIp与λ之间及无功补偿电流ΔIq与之间函数关系，进而获得λ与之间的函数表达式；以所述三相电压不平衡度给定值为约束条件，采用最速下降法，计算得到最优有功补偿系数和最优负序无功补偿角，从而得到实时工况下最优的负序补偿电流给定值。本专利技术所述方法以三相电压不平衡度为约束条件，通过对三相电压不平衡度的分析，提出了以三相电流不平衡度的表达式为基础，创造性的分析了有功补偿系数λ和负序无功补偿角之间的函数关系，并且准确的获得了在补偿电流达到最小时的最优负序无功补偿角和最优有功补偿系数λ0；该方法运算量小，可以实时在线精确计算最优补偿功率给定值，实现电气化铁路负序和无功实时优化治理；不仅可以实现牵引变电所负序和无功的综合治理，还能实现RPC补偿功率功率最小运行，从而减少RPC运行电流和损耗，并可以提高RPC长期运行能力，具有良好的工业应用前景；且适用于波动负荷实时在线计算，具有实际应用价值。附图说明图1为本专利技术实施例所述的一种铁路功率调节器负序实时优化补偿方法的实现原理图。具体实施方式下面通过具体的实施例并结合附图对本专利技术做进一步的详细描述。如图1所示，本专利技术提供了一种铁路功率调节器负序实时优化补偿方法，该方法包括以下步骤：步骤1，在每个采样周期的起始点，电压测量电路和电流测量电路对牵引变压器牵引侧的两相馈线电压uα、uβ和两相馈线电流iLα、iLβ分别进行采样，并将采样数据输入参数计算模块；步骤2，在参数计算模块中，采用快速傅立叶算法和瞬时功率算法，获得α臂负载有功电流IαLp和负载无功电流IαLq，β臂负载有功电流IβLp和负载无功电流IβLq，负载有功电流比KI和有功补偿系数λ；步骤3，结合三相电压不平衡度给定值ε*u，将参数计算模块计算得到的IαLp、IαLq、IβLp、IβLq、KI和λ，计算有功转移电流ΔIp与所述λ之间函数关系ΔIp＝f(λ)，及无功补偿电流ΔIq与负序无功补偿角之间函数关系ΔIp＝f(λ)，具体为：ΔIP=12λ(IαLp-IβLp)=12λ(1-KI)IαLp---(1)]]>函数关系具体为：式中ΔIqα和ΔIqβ分别为无功补偿电流ΔIq的α臂分量和β臂分量。那么两臂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁路功率调节器负序实时优化补偿方法，其特征在于，包括以下数据：步骤1：对牵引变压器牵引侧的两相馈线的电压和电流进行采样；步骤2：利用步骤1采样获得的数据，采用快速傅里叶算法和瞬时功率算法，获得α臂负载有功电流IαLp和负载无功电流IαLq，β臂负载有功电流IβLp和负载无功电流IβLq，负载有功电流比KI和有功补偿系数λ；步骤3：计算有功转移电流ΔIp与有功补偿系数λ之间函数关系ΔIp＝f(λ)，以及无功补偿电流ΔIq与负序无功补偿角之间函数关系步骤4：以三相电压不平衡度给定值ε*u＝1.2％为约束条件，利用ΔIp＝f(λ)和求得有功补偿系数λ和负序无功补偿角之间的函数关系并采用优化算法计算在补偿电流最小时，最优有功补偿系数λ0和最优负序无功补偿角步骤5：以所述最优有功补偿系数λ0和最优负序无功补偿角为目标，计算α臂补偿功率给定值有功分量Iαcp和无功分量Iαcq，以及β臂补偿功率给定值有功分量Iβcp和无功分量Iβcq；步骤6：将步骤5得到的补偿功率给定值输入铁路功率调节器的α变换器和β变换器，控制所述铁路功率调节器的运行，实现牵引变电所负序和无功优化控制。

【技术特征摘要】
1.一种铁路功率调节器负序实时优化补偿方法，其特征在于，包括以下数据：步骤1：对牵引变压器牵引侧的两相馈线的电压和电流进行采样；步骤2：利用步骤1采样获得的数据，采用快速傅里叶算法和瞬时功率算法，获得α臂负载有功电流IαLp和负载无功电流IαLq，β臂负载有功电流IβLp和负载无功电流IβLq，负载有功电流比KI和有功补偿系数λ；步骤3：计算有功转移电流ΔIp与有功补偿系数λ之间函数关系ΔIp＝f(λ)，以及无功补偿电流ΔIq与负序无功补偿角之间函数关系步骤4：以三相电压不平衡度给定值ε*u＝1.2％为约束条件，利用ΔIp＝f(λ)和求得有功补偿系数λ和负序无功补偿角之间的函数关系并采用优化算法计算在补偿电流最小时，最优有功补偿系数λ0和最优负序无功补偿角步骤5：以所述最优有功补偿系数λ0和最优负序无功补偿角为目标，计算α臂补偿功率给定值有功分量Iαcp和无功分量Iαcq，以及β臂补偿功率给定值有功分量Iβcp和无功分量Iβcq；步骤6：将步骤5得到的补偿功率给定值输入铁路功率调节器的α变换器和β变换器，控制所述铁路功率调节器的运行，实现牵引变电所负序和无功优化控制。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：罗培，刘鑫，马茜，谭磊，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43