基于MMC的柔性直流牵引供电综合协调控制方法技术

本发明专利技术公开了基于MMC的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其包括以下步骤：建立三相MMC在d

【技术实现步骤摘要】
基于MMC的柔性直流牵引供电综合协调控制方法


[0001]本专利技术涉及牵引供电
，具体涉及一种基于MMC的柔性直流牵引供电综合协调控制方法。

技术介绍

[0002]目前，世界上诸多国家的既有电气化铁路牵引供电系统多采用25kV工频单相交流供电制式。变电所经牵引变压器从三相电网取电降压后分两供电臂输出，为牵引网供电。由于供电臂电压相位、幅值和频率难以完全一致，因此各供电臂间需设置电分相。但是随着这种供电制式在牵引供电领域的大规模使用，也暴露出诸多问题：
[0003](1)电能质量较差。首先牵引负荷作为单相非线性冲击负荷，运行过程中功率较大，会有较大的负序电流注入电网，导致电力系统三相不对称运行。此外牵引负荷作为谐波源，运行过程中引起的谐波具有随机性、波动性、不平衡性的特点，对沿线通信造成影响，甚至发生车网谐振事故。
[0004](2)存在电分相。受限于工频单相交流供电制式存在的频率及相位问题，牵引网上每隔一段距离便会有电分相环节，为供电死区，列车需要断电运行，一定程度上限制了列车速度的提升，同时电分相装置自身可靠性较低。
[0005](3)供电能力受限。由于电分相的存在，因而每个牵引变电所均设置一主一备两个牵引变压器，造成一定的容量浪费，存在牵引变电所的供电能力受到限制。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的基于MMC的柔性直流牵引供电综合协调控制方法解决了现有牵引供电系统电能质量较差、存在电分相和供电能力受限的问题。
[0007]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]提供一种基于MMC的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其包括以下步骤：
[0009]S1、获取并根据基于MMC的柔性直流牵引供电的电路信息建立三相MMC在d
‑
q坐标系下的数学模型；
[0010]S2、构建基于MMC的柔性直流牵引供电所间协同控制模型，获取各个基于MMC的柔性直流牵引供电所电压外环控制的参考电压值；
[0011]S3、根据基于MMC的柔性直流牵引供电所电压外环控制的参考电压值建立外环电压控制模型；
[0012]S4、根据外环电压控制模型建立内环电流控制模型；
[0013]S5、根据三相MMC在d
‑
q坐标系下的数学模型建立环流抑制调制波修正量模型、三相MMC调制模型和电容电压均衡模型；
[0014]S6、基于步骤S2至步骤S5得到的模型进行基于MMC的柔性直流牵引供电综合协调控制。
[0015]本专利技术的有益效果为：
[0016]1、本专利技术能够实现牵引网长距离、无电分相供电，减少沿线的牵引变电所数量，同时使得牵引供电系统在供电区域稳定、高质量供电，还具有方便接入新能源、储能系统以及城轨牵引供电系统，增加供电距离，减少牵引变电所数量的优点。
[0017]2、本专利技术能够保证牵引供电系统、牵引变电所稳定运，并能解决模块化多电平变换器(MMC)内部环流及子模块电容电压不平衡问题，考虑牵引变电所故障退出与所间通信故障情况下，能够实现全线各所述牵引变电所输出功率按需均衡分配的同时，限制牵引变电所输出电压的偏离。
[0018]3、本专利技术适用于基于模块化多电平变换器的35kV柔性直流牵引供电系统。
附图说明
[0019]图1为本方法的流程示意图；
[0020]图2为实施例中的场景示意图；
[0021]图3为模块化多电平变换器的结构示意图；
[0022]图4为综合协调控制方法上半部分示意图；
[0023]图5为综合协调控制方法下半部分示意图。
具体实施方式
[0024]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0025]如图1、图4和图5所示，该基于MMC的柔性直流牵引供电综合协调控制方法包括以下步骤：
[0026]S1、获取并根据基于MMC的柔性直流牵引供电的电路信息建立三相MMC在d
‑
q坐标系下的数学模型；
[0027]S2、构建基于MMC的柔性直流牵引供电所间协同控制模型，获取各个基于MMC的柔性直流牵引供电所电压外环控制的参考电压值；
[0028]S3、根据基于MMC的柔性直流牵引供电所电压外环控制的参考电压值建立外环电压控制模型；
[0029]S4、根据外环电压控制模型建立内环电流控制模型；
[0030]S5、根据三相MMC在d
‑
q坐标系下的数学模型建立环流抑制调制波修正量模型、三相MMC调制模型和电容电压均衡模型；
[0031]S6、基于步骤S2至步骤S5得到的模型进行基于MMC的柔性直流牵引供电综合协调控制。
[0032]步骤S1中三相MMC在d
‑
q坐标系下的数学模型的表达式为：
[0033][0034]其中L为相内桥臂上的等效电感；i
vd
为交流侧相电流在d
‑
q坐标系下的d轴分量；u
sd
为交流侧相电压在d
‑
q坐标系下的d轴分量；u
diffd
为上下桥臂差模电压在d
‑
q坐标系下的d轴分量；R为相内桥臂上的等效电阻；ω为网侧交流电压的基波频率；i
vq
为交流侧相电流在d
‑
q坐标系下的q轴分量；u
sq
为交流侧相电压在d
‑
q坐标系下的d轴分量；u
diffq
为上下桥臂差模电压在d
‑
q坐标系下的q轴分量。
[0035]步骤S2中的具体方法包括以下子步骤：
[0036]S2
‑
1、通过双向稀疏通信网络将相邻两个基于MMC的柔性直流牵引供电所进行连接；通过双向稀疏通信网络将首尾基于MMC的柔性直流牵引供电所进行连接；
[0037]S2
‑
2、将每个基于MMC的柔性直流牵引供电所作为一个智能体，通过有向图将所有智能体进行连接，得到图G多智能体系统，其表达式为：
[0038]图G＝(V,E,D)
[0039]其中V＝{1,2,
…
,n}表示各个通信节点的集合；E表示图G中节点的边的集合；D为图G的系统状态转移矩阵，D表示图G中节点与节点之间的连接权重；
[0040]S2
‑
3、为所有智能体设置同步时钟；
[0041]S2
‑
4、在当前时钟周期，采集各个智能体的电压和功率，并将其作为对应智能体的初始状态变量；
[0042]S2
‑
5、根据第i个智能体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MMC的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取并根据基于MMC的柔性直流牵引供电的电路信息建立三相MMC在d
‑
q坐标系下的数学模型；S2、构建基于MMC的柔性直流牵引供电所间协同控制模型，获取各个基于MMC的柔性直流牵引供电所电压外环控制的参考电压值；S3、根据基于MMC的柔性直流牵引供电所电压外环控制的参考电压值建立外环电压控制模型；S4、根据外环电压控制模型建立内环电流控制模型；S5、根据三相MMC在d
‑
q坐标系下的数学模型建立环流抑制调制波修正量模型、三相MMC调制模型和电容电压均衡模型；S6、基于步骤S2至步骤S5得到的模型进行基于MMC的柔性直流牵引供电综合协调控制。2.根据权利要求1所述的基于MMC的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其特征在于，步骤S1中三相MMC在d
‑
q坐标系下的数学模型的表达式为：其中L为相内桥臂上的等效电感；i
vd
为交流侧相电流在d
‑
q坐标系下的d轴分量；u
sd
为交流侧相电压在d
‑
q坐标系下的d轴分量；u
diffd
为上下桥臂差模电压在d
‑
q坐标系下的d轴分量；R为相内桥臂上的等效电阻；ω为网侧交流电压的基波频率；i
vq
为交流侧相电流在d
‑
q坐标系下的q轴分量；u
sq
为交流侧相电压在d
‑
q坐标系下的d轴分量；u
diffq
为上下桥臂差模电压在d
‑
q坐标系下的q轴分量。3.根据权利要求2所述的基于MMC的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其特征在于，步骤S2中的具体方法包括以下子步骤：S2
‑
1、通过双向稀疏通信网络将相邻两个基于MMC的柔性直流牵引供电所进行连接；通过双向稀疏通信网络将首尾基于MMC的柔性直流牵引供电所进行连接；S2
‑
2、将每个基于MMC的柔性直流牵引供电所作为一个智能体，通过有向图将所有智能体进行连接，得到图G多智能体系统，其表达式为：图G＝(V,E,D)其中V＝{1,2,
…
,n}表示各个通信节点的集合；E表示图G中节点的边的集合；D为图G的系统状态转移矩阵，D表示图G中节点与节点之间的连接权重；S2
‑
3、为所有智能体设置同步时钟；S2
‑
4、在当前时钟周期，采集各个智能体的电压和功率，并将其作为对应智能体的初始状态变量；S2
‑
5、根据第i个智能体的当前状态变量判断是否需要对通信网络进行重构，若是则将通信网络拓扑退为链型通信网络，重构并根据系统状态转移矩阵计算一致性算法收敛所需迭代次数K，进入步骤S2
‑
6；否则直接根据系统状态转移矩阵计算一致性算法收敛所需迭代
次数K并进入步骤S2
‑
6；S2
‑
6、根据公式：对第i个智能体进行离散一致性迭代，得到第i个智能体在第k+1次迭代后的状态变量x
i
[k+1]；其中x
j
[k]为第j个智能体在第k次迭代后的状态变量；d
ij
为系统状态转移矩阵中第i行第j列的元素；S2
‑
7、判断当前的迭代次数是否达到K，若是则输出第K次离散一致性迭代得到的x
i
[K]并进入步骤S2
‑
8；否则将当前迭代次数加1并返回步骤S2
‑
6；S2
‑
8、根据公式：对第i个智能体通过自适应下垂控制进行电压补偿及功率分配，得到第i个智能体电压外环控制的参考电压值U
i,dcref
；其中U
*dci
为第i个智能体的输出电压额定值；P
i
为第i个智能体的输出功率；r
d
为下垂系数；k
p6
和k
p7
为PI控制器的比例参数；k
i6
和k
i7
为PI控制器的积分参数；S
i
为第i个智能体的额定容量；P
ave
为所有智能体经过离散一致性算法计算得到的系统输出功率平均值；U
dcave
为所有智能体经过离散一致性算法计算得到的系统输出电压平均值；s表示拉普拉斯变换中的微分因子，表示拉普拉斯变换中的积分。4.根据权利要求3所述的基于MMC的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其特征在于，步骤S3中外环电压控制模型的表达式为：其中k
p3
为PI控制器的比例参数；k
i3
...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晓琼，王东，潘义松，曾理，韩鹏程，林静英，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：