CN103346574B - 一种电气化铁路牵引变55kV侧静止无功补偿装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电气化铁路的控制方法，具体涉及一种电气化铁路牵引变55kV侧静止无功补偿装置的控制方法。该方法用的装置包括并联的相控电抗器TCR支路和滤波FC支路，相控电抗器TCR支路和滤波FC支路均直挂在55kV母线下；该装置并联在AT供电系统铁道牵引网的接触线与正馈线之间；控制方法根据控制目标分别采用开环控制方式和闭环控制方式进行控制。本发明从电气化铁路牵引变无功补偿的关键技术着手，全面考虑了牵引变供电特点，把开环控制方式和闭环控制方式有机的结合使用，全面综合考虑了高压侧和低压侧电气化铁路牵引变的不同需求，最大限度的发挥了静止无功补偿装置的动态调节作用，灵活的定值设定便于用户根据自身要求下发调节目标。

Description

一种电气化铁路牵引变55kV侧静止无功补偿装置的控制方法

技术领域

本发明涉及电气化铁路的控制方法，具体涉及一种电气化铁路牵引变55kV侧静止无功补偿装置的控制方法。

背景技术

随着铁路电气化的飞速发展，列车速度不断提高，电力机车的牵引功率也随之呈指数增加。由于电力机车运行是不连续的，会产生的大容量无功和有功波动是造成电网电压波动的直接原因；较高电流谐波畸变率往往造成电网电流和电压谐波超标。机车进站停车也需要按照信号改变速度。机车的电流往往在几秒钟或更短期间内从零变化到满负载或从满负载到零，而且整个期间都有很大的变动。因此，电气化铁路牵引负荷不同于一般的持续的电力负荷，它属于典型的日波动负荷，具有多变性、随机性、移动性，对电网的干扰程度在不同时段内具有不确定性。因此，急需解决电气化铁路对电网电能质量的影响，TCR型静止无功补偿装置（SVC，Static Var Compensator）具有快速平滑调节能力，能有效改善电气化铁路对电网的影响。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种电气化铁路牵引变55kV侧静止无功补偿装置的控制方法，从电气化铁路牵引变无功补偿的关键技术着手，全面考虑了牵引变供电特点，把开环控制方式和闭环控制方式有机的结合使用，全面综合考虑了高压侧和低压侧电气化铁路牵引变的不同需求，最大限度的发挥了静止无功补偿装置的动态调节作用，灵活的定值设定便于用户根据自身要求下发调节目标。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种电气化铁路牵引变55kV侧静止无功补偿装置的控制方法，所述方法用的装置包括并联的相控电抗器TCR支路和滤波FC支路，相控电抗器TCR支路和滤波FC支路均直挂在55kV母线下；该装置并联在AT供电系统铁道牵引网的接触线与正馈线之间；

其改进之处在于，所述控制方法根据控制目标分别采用开环控制方式和闭环控制方式进行控制。

其中，所述开环控制方式包括：通过控制装置检测静止无功补偿装置的电流和电压，确定总的无功功率Qc，根据无功功率Qc值及其方向控制相控电抗器TCR支路产生的感性无功功率。

其中，所述控制装置包括：

检测电路：用于检测静止无功补偿装置的电流和电压，包括110kV母线电压、110kV母线进线电流、55kV母线电压、55kV母线进线电流以及55kV母线负荷电流和滤波器组电流；

触发控制电路：用于对检测信号和参考输入量按控制算法进行处理，产生触发延迟角的晶闸管触发脉冲；控制算法表达式为(θ-sinθ)/π＝2πfl_TCRQ/U²；其中：θ表示晶闸管控制导通角；Q为系统无功，U为系统电压，f为系统频率，l表示TCR电抗器电感值。

其中，所述闭环控制方式包括：根据调节目标的不同，把闭环控制方式分为PI控制方式和固定增量控制方式；

用于主要控制目标时，采用PI控制方式，调节被控制量；

用于辅助控制目标时，采用固定增量控制方式，把相控电抗器TCR支路的感性无功平均分成N等分，每次增加或减少1/N的感性无功出力，对辅助控制目标进行微调，在不影响主控制量的情况下，逐步逼近（根据电气化铁路系统情况每次增加0.1M～1M的感性容量，平稳调节）辅助控制目标。

其中，当以高压侧110kV电压为主要控制目标时，兼顾55kV无功电压；

当高压侧110kV电压大于设定目标电压（目标电压大约在105kV～120kV之间，根据电气化铁路系统具体情况设定），则相控电抗器TCR支路增加感性无功出力，使110kV电压满足设定目标要求；当110kV电压小于设定目标电压，则相控电抗器TCR支路减少感性无功出力，使110kV电压满足设定目标要求；

当高压侧110kV电压在设定目标区间时，根据55kV无功电压，微调相控电抗器TCR支路出力，使得55kV无功最大限度的趋于设定值（设定值约50kV～60kV之间）方向；同时关注55kV母线电压，当55kV母线电压大于1.09时，增加相控电抗器TCR支路感性出力；当55kV母线电压小于0.98标幺值时，减少相控电抗器TCR支路感性出力，使55kV母线电压工作在电气化铁路系统电压在1标幺值到1.07标幺值之间。

其中，当以55kV无功电压为主要控制目标时，兼顾55kV母线电压；在静止无功补偿装置正常运行下，电气化铁路系统以55kV无功电压为目标，同时关注55kV母线电压，当55kV母线电压大于1.09时，增加相控电抗器TCR支路感性出力；当55kV母线电压小于0.98时，减少相控电抗器TCR支路感性出力，使55kV母线电压工作在系统电压在1标幺值到1.07标幺值之间。

控制目标说明：电能质量涉及到电压、无功、闪变、负序等相关问题，从目前来说，无功补偿设备基本都在关注系统电压和无功情况。但系统电压和无功不能同时满足理想目标，这时先满足系统电压不越设定值上下限（约1标幺值～1.07标幺值），在本发明中系统电压为主要控制目标。在系统电压满足设定值要求时，可以微调TCR无功出力，使得系统无功更接近用户的目标，在本发明中系统无功为辅助控制目标。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1.本发明提供的适用于电气化铁路的静止无功补偿装置控制实现方法，解决牵引变动态无功补偿和电压波动问题。

2.开环无功控制和闭环无功电压控制策略的综合运用；即有开环控制的快速性，又有闭环控制的精确性。

3.根据主要控制目标和辅助控制目标的不同，把闭环控制分成PI快速控制和固定增量慢速控制两种方式；固定增量法电压调节方法与瞬时无功理论调节方式相结合，根据系统并网点电压的变化，调节方法自己在电压和无功方法中快速切换。能充分利用相控电抗器TCR快速平滑可调特性，最大限度满足系统电压无功需求。

4.针对牵引变55kV侧无功电压控制策略：改变了传统牵引变无功补偿设备以27kV为目标的局限性，直接以55kV母校为控制目标，可节约资源，充分利用无功补偿设备的动态补偿能力。

5.针对牵引变高压侧（110kV）侧无功电压控制策略：根据不同用户的需求，给用户灵活的选择权限，可以根据系统情况，由用户自行设定控制目标。

6.针对牵引变高压侧（110kV）侧无功电压，低压侧无功电压综合控制策略：以高压侧无功为目标（以满足电力系统考核要求），同时兼顾低压侧无功电压情况，使得低压侧设备安全可靠运行。

7.针对牵引变低压侧无功，高压侧电压综合控制策略：以负荷无功开环控制法控制低压侧母线无功，同时兼顾高压侧电压波动情况。

8.针对牵引变低压侧无功电压综合控制策略：以负荷无功开环控制法控制低压侧母线无功，同时兼顾低压侧电压波动情况。

9.把控制目标分为主要控制目标和辅助控制目标，采用不同的控制策略，即能满足快速调节要求，又能使辅助控制量细微精确的调节，最大限度的发挥了静止无功补偿装置（SVC）的动态调节能力。

附图说明

图1是本发明提供的55kV侧的静止无功补偿装置的拓扑结构图；

图2是本发明提供的55kV侧静止无功补偿装置的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供的方法用的装置包括并联的相控电抗器TCR支路和滤波FC支路，相控电抗器TCR支路和滤波FC支路均直挂在55kV母线下；该装置并联在AT供电系统铁道牵引网的接触线与正馈线之间。本发明提供的55kV侧的静止无功补偿装置的拓扑结构图如图1所示。

为最大限度的发挥静止无功补偿装置（SVC，Static Var Compensator）在电气化铁路牵引变的作用，本发明采用控制目标可设定的方式，分别以高压侧110kV电压、110kV无功电压和低压侧55kV无功电压为主要调节控制目标，在实际应用中，根据系统实际情况可通过人机界面灵活选择设定主要控制目标。

本发明提供的55kV侧静止无功补偿装置的控制方法的流程图如图2所示。

本发明采用综合控制方式，根据主要控制参数的不同，把开环控制和闭环控制综合运用于控制算法中。根据设定控制目标的不同，把两种控制方法有机结合起来。

控制装置检测电气化铁路系统的有关变量，并根据检测量的大小以及给定或参考输入量的大小，产生相应的晶闸管触发延迟角，以调节补偿器吸收的无功功率。控制装置由检测电路和触发控制电路组成。

检测电路：检测控制所需的电气化铁路系统变量，有110kV母线电压、110kV母线进线电流、55kV母线电压、55kV母线进线电流以及55kV母线负荷电流和滤波器组电流；

触发控制电路：为获得所需的稳态和动态特性，对检测信号和给定或参考输入量按控制算法进行处理，产生相应触发延迟角的晶闸管触发脉冲。

开环控制方式：通过检测负载电流和滤波器组电流计算系统总的无功功率Qc，根据Qc的大小和方向来控制晶闸管控制电抗器（TCR）产生相应的感性无功功率，以达到功率因数校正或改善电压调整的目的。

闭环控制方式：根据调节目标的不同，把闭环控制方式分为PI控制和固定增量控制两种算法，用于主要调节控制目标时，采用PI控制方式，快速准确调节被控制量，用于辅助控制目标时，把TCR感性无功平均分成N等分，每次增加（减少）1/N的感性无功出力，对辅助控制目标进行微调，不影响主控制量的情况下，逐步逼近辅助控制目标。

当系统以55kV母线无功为主要控制目标时，对55kV母线无功采用开环控制方式，通过检测负载电流和滤波器组电流计算系统总的无功功率Qc，根据Qc的大小和方向来控制TCR产生相应的感性无功功率，以达到功率因数校正或改善电压调整的目的。对辅助控制量55kV母线电压采用闭环固定增量控制方式。当55kV母线电压大于1.09时，增加TCR感性出力；当55kV母线电压小于0.98时，减少TCR感性出力，使55kV母线电压工作在系统许可范围内。

当系统以110kV母线电压为主要控制目标时，对110kV母线电压采用闭环PI控制方式，对辅助控制参数55kV母线无功电压采用闭环增量控制方式；

开环控制的优点是响应迅速，适用于负荷补偿的场合，尤其在减少电压闪烁方面有成功的应用；而闭环控制的优点是精确。本发明把开环控制方式和闭环控制方式有机结合，通过测控方法合理选择控制方式，能最大限度的发挥TCR型无功补偿装置的动态补偿能力。

用户可以根据系统情况通过设定值的方式灵活选择主要控制目标，如果牵引变55kV侧接触线T和正馈线F分别安装了无功补偿装置，则以55kV无功为主要控制目标，以110kV电压为次要控制目标。如果牵引变55kV侧接触线T和正馈线F只安装了一套无功补偿装置，则以110kV电压或无功为主要控制目标，以55kV无功为次要控制目标。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种电气化铁路牵引变55kV侧静止无功补偿装置的控制方法，所述方法用的装置包括并联的相控电抗器TCR支路和滤波FC支路，相控电抗器TCR支路和滤波FC支路均直挂在55kV母线下；该装置并联在AT供电系统铁道牵引网的接触线与正馈线之间；

其特征在于，所述控制方法根据控制目标分别采用开环控制方式和闭环控制方式进行控制；

所述闭环控制方式包括：根据调节目标的不同，把闭环控制方式分为PI控制方式和固定增量控制方式；

用于主要控制目标时，采用PI控制方式，调节被控制量；

用于辅助控制目标时，采用固定增量控制方式，把相控电抗器TCR支路的感性无功平均分成N等份，每次增加或减少1/N的感性无功出力，对辅助控制目标进行微调，在不影响主控制量的情况下，逐步逼近辅助控制目标；

当以高压侧110kV电压为主要控制目标时，兼顾55kV无功电压；

当高压侧110kV电压大于设定目标电压，则相控电抗器TCR支路增加感性无功出力，使110kV电压满足设定目标要求；当110kV电压小于设定目标电压，则相控电抗器TCR支路减少感性无功出力，使110kV电压满足设定目标要求；

当高压侧110kV电压在设定目标区间时，根据55kV无功电压，微调相控电抗器TCR支路出力，使得55kV无功最大限度的趋于设定值方向；同时关注55kV母线电压，当55kV母线电压大于1.09标幺值时，增加相控电抗器TCR支路感性出力；当55kV母线电压小于0.98标幺值时，减少相控电抗器TCR支路感性出力，使55kV母线电压工作在电气化铁路系统电压在1标幺值到1.07标幺值之间；

当以55kV无功电压为主要控制目标时，兼顾55kV母线电压；在静止无功补偿装置正常运行下，电气化铁路系统以55kV无功电压为目标，同时关注55kV母线电压，当55kV母线电压大于1.09标幺值时，增加相控电抗器TCR支路感性出力；当55kV母线电压小于0.98标幺值时，减少相控电抗器TCR支路感性出力，使55kV母线电压工作在系统电压在1标幺值到1.07标幺值之间。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述开环控制方式包括：通过控制装置检测静止无功补偿装置的电流和电压，确定总的无功功率Qc，根据无功功率Qc值及其方向控制相控电抗器TCR支路产生的感性无功功率。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述控制装置包括：

检测电路：用于检测静止无功补偿装置的电流和电压，包括110kV母线电压、110kV母线进线电流、55kV母线电压、55kV母线进线电流以及55kV母线负荷电流和滤波器组电流；

触发控制电路：用于对检测信号和参考输入量按控制算法进行处理，产生触发延迟角的晶闸管触发脉冲；控制算法表达式为(θ-sinθ)/π＝2πfl_TCRQ/U²；其中：θ表示晶闸管控制导通角；Q为系统无功，U为系统电压，f为系统频率，l表示TCR电抗器电感值。