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专利号: 2021107672669
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种新能源牵引供电系统的背靠背变流器控制方法,其特征在于,包括步骤:S100,通过实时监测两条供电臂的负载有功功率、可再生能源输出功率,动态分配储能系统的充放电功率给定值,根据负序补偿原理计算出背靠背变流器两侧的参考功率;

S200,根据所获取的参考功率,计算背靠背变流器两侧的参考电流;

S300,采用双矢量模型预测控制算法控制背靠背变流器追随参考电流。

2.根据权利要求1所述的一种新能源牵引供电系统的背靠背变流器控制方法,其特征在于,在所述步骤S100中,实时监测两供电臂负载有功功率、可再生能源输出功率、储能系统充放电功率;可再生能源和储能系统的输出功率抵消部分负载功率,再根据铁路功率调节器负序补偿原理求解出左右两侧背靠背变流器的参考功率。

3.根据权利要求2所述的一种新能源牵引供电系统的背靠背变流器控制方法,其特征在于,在所述步骤S100中,通过实时监测两条供电臂的负载有功功率、可再生能源输出功率,动态分配储能系统的充放电功率给定值,根据负序补偿原理计算出背靠背变流器两侧的参考功率,包括步骤:

S101,实时监测两供电臂负载有功功率为PLα、PLβ,可再生能源输出功率为Pren,储能系统充放电功率为Pess;

* * * *

S102,根据负序补偿原理计算出背靠背变流器两侧的参考功率为Pc1、P c2、Q c1、Qc2分别表示为:

4.根据权利要求1所述的一种新能源牵引供电系统的背靠背变流器控制方法,其特征在于,在所述步骤S200中,根据三相逆变器在dq坐标系中的特性,根据有功功率和无功功率计算公式反推求解出三相逆变器的电流;再进行坐标反变换,从而求解出abc坐标系中的电流,取a相电流作为背靠背变流器两侧的参考电流。

5.根据权利要求4所述的一种新能源牵引供电系统的背靠背变流器控制方法,其特征在于,在所述步骤2300中,根据参考功率,计算背靠背变流器两侧的参考电流,包括步骤:S201,根据三相逆变器在dq坐标系中的特性,取d轴为交流侧电压矢量合成方向,则eq=

0;获得变流器的有功功率P和无功功率Q表示为:S202,联网时背靠背变流器交流侧电压与大电网电压一致,则ed=E,E是大电网电势;

S203,将参考功率带入上述公式反推求解出三相逆变器的电流id,iq;再进行坐标反变换,从而求解出abc坐标系中的电流,然后取a相电流ia1和ia2分别作为左右两侧变流器的参考电流iref1,iref2。

6.根据权利要求1所述的一种新能源牵引供电系统的背靠背变流器控制方法,其特征在于,在所述步骤S300中,采用双矢量模型预测控制算法控制背靠背变流器追随参考电流,具体控制算法为:根据开关函数构造虚拟双矢量,并根据调制方法确定各个矢量的作用时间;构造目标函数,根据目标函数最小原则获得最优开关控制信号。

7.根据权利要求6所述的一种新能源牵引供电系统的背靠背变流器控制方法,其特征在于,在所述步骤S300中,所述双矢量模型预测控制算法包括步骤:S301,将单相变流器变流器的输出电压两两组合,可以构造9种虚拟矢量;u1s,i(i=1,

2,…,9);

合成的虚拟电压与基本电压之间的关系为:式中,uoutm,uoutn(m,n=1,2,3)表示变流器输出电压的三种状态,t1,m和t1,n分别表示uoutm、uoutn的作用时间;

S302,将k+2时刻变流器电流预测值i1(k+2)表示为:i1(k+2)=i1(k+1)+fm(k)t1,m+fn(k)t1,n;

式中,i1(k+1)表示预测的k+1采样时刻变流器输出电流;fm(k)、fn(k)分别表示uoutm、uoutn对应的电流导数;

输出电压uouti对应的电流的导数用符号fi(k)表示:式中,e1(k)表示k采样时刻降压变压器二次侧电压,i1(k)表示k采样时刻变流器输出电流,L1表示变流器滤波电感,R1表示变流器的等效阻抗;

S303,设置目标函数g,对所有目标函数遍历寻优,寻找最小目标函数值对应的虚拟矢量组合以及其对应的作用时间,然后将其转换成相应的开关序列,作为下一个周期的开关信号;

g=|i1ref(k+2)‑i1(k+2)|;

式中,i1ref(k+2)表示k+2时刻参考电流,i1(k+2)表示k+2时刻变流器输出电流。

8.根据权利要求7所述的一种新能源牵引供电系统的背靠背变流器控制方法,其特征在于,所述t1,m和t1,n分别表示uoutm、uoutn的作用时间,其计算公式为:式中,Ts表示采样周期;Gm、Gn分别表示uoutm、uoutn对应的电压目标函数;

其中,电压目标函数定义为Gp(p=1,2,3);

Gp=|u1ref(k+1)‑uouti|;

式中,u1ref(k+1)是k+1个采样周期的参考电压,uouti(i=1,2,3)表示三个基本电压矢量。

9.根据权利要求1‑8任一所述的一种新能源牵引供电系统的背靠背变流器控制方法,其特征在于,具有背靠背变流器的新能源牵引供电系统包括牵引供电系统、背靠背变流器系统及其控制系统、储能系统、可再生能源系统和控制单元,背靠背变流器两侧的逆变器直流侧共同接至公用电容侧,公用电容侧并列连接有储能系统和可再生能源系统,背靠背变流器交流侧通过降压变压器接至牵引供电系统。