CN105914793B - 隔离型二重化再生制动能量回馈逆变器缺相降额控制方法 - Google Patents

隔离型二重化再生制动能量回馈逆变器缺相降额控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了隔离型二重化再生制动能量回馈逆变器缺相降额控制方法：步骤1、实时监测两组逆变器交流并网侧熔断器状态，当某一相熔断器故障时对其定位；步骤2、取X组逆变器的非故障单相电流构建一组虚拟正交量，按系统额定电流缺相降额运行回馈有功，同时进行正负序dq变换并提取出故障逆变器交流侧三相电流的正序q轴及负序dq轴无功分量；步骤3、采用直流电压或电流外环、并网电流内环控制保证两组逆变器直流侧均压或均流，同时实现隔离变压器前端流入电网总电流三相对称；步骤4、当能量回馈逆变器并网电流达到额定最大值，直流母线电压仍继续上升时，则根据预设直流母线电压阈值控制外部直流制动单元工作。提高能量回馈装置的容错运行能力。

Description

隔离型二重化再生制动能量回馈逆变器缺相降额控制方法
技术领域
本发明涉及一种隔离型二重化再生制动能量回馈逆变器缺相降额控制方法。
背景技术
进入20世纪90年代，我国城市轨道交通进入快速发展期，在国家方针政策的正确引导下，显现出强力的后发之势。进入21世纪以来，大城市交通问题日益严重，城市轨道交通因客运量大、占地少、舒适安全等诸多优点，成为解决大城市交通问题的最优选择，我国城市轨道交通已经进入了快速发展阶段。
城市轨道交通站间距离较短、站数量多，因而列车起动、制动频繁，目前车辆已普遍采取再生电制动，再生电制动时牵引电机运行在发电模式，向牵引网回馈再生能量，此部分能量若不能被线上其他车辆消耗就会导致母线电压抬升。为了控制设备的安全，目前主要由制动电阻将制动能量转化为热能和被空气制动消耗。电阻制动控制方式虽然简单，但这种方式不仅造成能量的浪费，大量的热能也会抬升隧道温度，又增加地铁通风散热装置的能耗，增加地下站内空调系统负荷，增加运行费用。因此，制动能量合理回收利用能够实现能量的合理循环利用，节约地铁运营成本，对于响应国家节能减排的要求，建设绿色城市轨道交通有着非常积极的作用。
近几年出现了再生能量回馈逆变制动，解决母线电压的升高问题，同时将机车制动再生能量回馈到电网，减少电阻制动导致的能源浪费。为了确保不影响原有轨道供电系统的安全，需要对增加的再生制动能量回馈装置配置完善的保护，包括交流侧缺相停机保护，在制动能量回馈装置保护停机后只能启用备用制动电阻进行能耗制动，直到检修完成后再重新投入运行，这样设备的利用率较低，不能最大程度的为用户节能。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种隔离型二重化再生制动能量回馈逆变器缺相降额控制方法，在不增加硬件成本的前提下，提高了轨道交通能量回馈装置的容错运行能力。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
隔离型二重化再生制动能量回馈逆变器缺相降额控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、实时监测两组逆变器交流并网侧熔断器状态，当某一相熔断器故障时对其定位：假设X组逆变器的某一相熔断器故障，Y组逆变器没有监测到故障；
步骤2、取X组逆变器的非故障单相电流构建一组虚拟正交量，并对这组虚拟正交量进行dq同步旋转坐标变换，变换为直流量，按系统额定电流缺相降额运行回馈有功，同时进行正负序dq变换并提取出故障逆变器交流侧三相电流的正序q轴及负序dq轴无功分量；
步骤3、采用直流电压或电流外环、并网电流内环控制保证两组逆变器直流侧均压或均流，同时，将步骤2提取出的X组逆变器的正序q轴及负序dq轴无功分量乘-1作为Y组逆变器的正序q轴及负序dq轴无功分量给定，其中，电流内环控制采取正负序dq同步旋转坐标系下的PI控制，实现隔离变压器前端流入电网总电流三相对称；
步骤4、当能量回馈逆变器并网电流达到额定最大值，直流母线电压仍继续上升时，则根据预设直流母线电压阈值控制外部直流制动单元工作。
优选，步骤2中，利用2阶广义积分器对采样的非故障单相电流构建一组虚拟正交量。
优选，两组逆变器的正序d轴有功分量均是通过直流总电压外环PI调节与各自直流母线电压内均压PI环相加获得。
优选，所述外部直流制动单元包括地面制动电阻、车载制动电阻或相邻站点的再生制动能量回馈逆变装置。
本发明的有益效果是：采取本发明的隔离型二重化再生制动能量回馈逆变器缺相降额控制方法，在不增加硬件成本的前提下，提高了轨道交通能量回馈装置容错运行能力，最大程度的提升能量回馈逆变器的利用率，以保证用户的效益最大化。
附图说明
图1是本发明隔离型二重化串联再生制动能量回馈逆变器拓扑结构示意图；
图2是本发明隔离型二重化再生制动能量回馈逆变器缺相降额控制方法的流程图；
图3是本发明隔离型二重化串联逆变器缺相降额网侧电流平衡控制框图；
图4是本发明控制方法下直流侧电压波形；
图5是本发明控制方法下逆变器交流侧及电网侧三相电流波形。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
隔离型二重化再生制动能量回馈逆变器缺相降额控制方法，包括如下步骤：
步骤1、实时监测两组逆变器交流并网侧熔断器状态，当某一相熔断器故障(断开)时对其定位：假设X组逆变器的某一相熔断器故障，Y组逆变器没有监测到故障；
步骤2、取X组逆变器的非故障单相(假如C相故障，则A相或B相就是非故障单相)电流构建一组虚拟正交量，并对这组虚拟正交量进行dq同步旋转坐标变换，变换为直流量，按系统额定电流缺相降额运行回馈有功，同时进行正负序dq变换并提取出故障逆变器交流侧三相电流的正序q轴及负序dq轴无功分量；
步骤3、采用直流电压或电流外环、并网电流内环控制保证两组逆变器直流侧均压或均流，同时，将步骤2提取出的X组逆变器的正序q轴及负序dq轴无功分量乘-1作为Y组逆变器的正序q轴及负序dq轴无功分量给定，其中，电流内环控制采取正负序dq同步旋转坐标系下的PI控制，实现隔离变压器前端流入电网总电流三相对称；
步骤4、当能量回馈逆变器并网电流达到额定最大值，直流母线电压仍继续上升时，则根据预设直流母线电压阈值控制外部直流制动单元工作，确保设备安全。
两组逆变器的直流侧可以串联连接，也可以并联连接，为了便于说明，下面以隔离型二重化串联再生制动能量回馈逆变器拓扑为例，对本发明作进一步说明。
如图1所示，为隔离型二重化串联再生制动能量回馈逆变器拓扑结构图，主要由进线降压隔离双分裂变压器、两组三相全桥逆变器及外部制动单元构成，在各组三相逆变器交流前端还配有保护熔断器、接触器，两组三相全桥逆变器#Ⅰ逆变器和#Ⅱ逆变器二重化连接，逆变器直流侧串联连接，关于二重化可参见相关文献，比如《二重化逆变器谐波抑制的一种优化计算方法》(网址：http://xueshu.baidu.com/s？wd＝paperuri:(bc6a53e90f2cc73320e520f02826b1ed)&filter＝sc_long_sign&sc_ks_para＝q％3D二重化逆变器谐波抑制的一种优化计算方法&tn＝SE_baiduxueshu_c1gjeupa&ie＝utf-8)、《一种变压器耦合串联型三相二重化电压源逆变器的谐波特性分析》(网址：http://xueshu.baidu.com/s？wd＝paperuri:(53a83022bfddf215cfe8733ab3b7133e)&filter＝sc_long_sign&sc_ks_para＝q％3D一种变压器耦合串联型三相二重化电压源逆变器的谐波特性分析&tn＝SE_baiduxueshu_c1gjeupa&ie＝utf-8)，在此不再赘述。
图2是二重化再生制动能量回馈逆变器在缺相情况下降额控制流程图，图3是以#Ⅰ逆变器C相熔断器故障(断开)为例的隔离型二重化串联逆变器缺相降额网侧电流平衡控制框图(上下分别对应#Ⅰ逆变器和#Ⅱ逆变器)，具体实现包括以下步骤：
1)、检测到#Ⅰ逆变器C相熔断器故障，电流内环选取A相电流为控制量；
2)、对A相电流通过一个2阶广义积分器构建出一组虚拟正交量(2阶广义积分器是1个输入量，两个输出量，两组输出为角度相差90度，因此称为一组虚拟正交量，此为现有技术)，并对这组虚拟正交量进行dq同步旋转坐标变换，变换为直流量，采取dq轴PI解耦控制，按系统额定电流缺相降额运行回馈有功。此处是以A相电流为控制目标的，因此不需要对电网锁相角进行补偿处理，若是以B相或C相电流为控制目标时，需对相角进行相应的补偿，使得与所用并网控制电流相角一致。
3)、对#Ⅰ逆变器交流侧三相电流进行正负序dq变换，提取出#Ⅰ故障逆变器交流侧三相电流的正序q轴无功分量及负序dq轴无功分量，将其乘-1作为图1中#Ⅱ逆变器电流内环dq轴正负序控制的给定量。而两组逆变器的正序d轴有功分量都是通过直流总电压外环PI调节及各自直流母线电压内均压PI环相加得出，如图3，#Ⅱ部分所示。
4)、由于#Ⅰ逆变器是在缺相运行，要确保直流母线电压均衡，#Ⅱ逆变器也需要降额运行。因此在制动能量较大时只靠逆变器回馈到电网不能满足控制要求，此时若母线电压继续上升，当达到预设直流母线电压阈值时控制外部直流制动单元工作。外部直流制动单元可以是地面制动电阻、车载制动电阻或相邻站点的再生制动能量回馈逆变装置。
如图4所示，为本发明控制方法下直流侧电压波形：总直流母线电压稳定在1700V，两组直流串联的逆变器各稳定在850V左右，由于是单相运行各自的直流母线电压纹波会有所变大，但在可控范围内。
如图5所示，为本发明控制方法下逆变器交流侧及电网侧三相电流波形：Ia1、Ib1、Ic1为#Ⅰ逆变器三相电流，由于C相开路电流为0，而A相与B相电流反向；Ia2、Ib2、Ic2为#Ⅱ逆变器三相电流，IA、IB、IC为降压隔离双分裂变压器原边高压侧电流波形，其三相电流完全对称平衡。
综上所述，采取本发明的控制方法，在不增加硬件成本的前提下，提高了轨道交通能馈装置容错运行能力，最大程度的提升能馈逆变器的利用率，以保证用户的效益最大化。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.隔离型二重化再生制动能量回馈逆变器缺相降额控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、实时监测两组逆变器交流并网侧熔断器状态，当某一相熔断器故障时对其定位：假设X组逆变器的某一相熔断器故障，Y组逆变器没有监测到故障；
步骤2、取X组逆变器的非故障单相电流构建一组虚拟正交量，并对这组虚拟正交量进行dq同步旋转坐标变换，变换为直流量，按系统额定电流缺相降额运行回馈有功，同时进行正负序dq变换并提取出故障逆变器交流侧三相电流的正序q轴及负序dq轴无功分量；
步骤3、采用直流电压或电流外环、并网电流内环控制保证两组逆变器直流侧均压或均流，同时，将步骤2提取出的X组逆变器的正序q轴及负序dq轴无功分量乘-1作为Y组逆变器的正序q轴及负序dq轴无功分量给定，其中，电流内环控制采取正负序dq同步旋转坐标系下的PI控制，实现隔离变压器前端流入电网总电流三相对称；
步骤4、当能量回馈逆变器并网电流达到额定最大值，直流母线电压仍继续上升时，则根据预设直流母线电压阈值控制外部直流制动单元工作。
2.根据权利要求1所述的隔离型二重化再生制动能量回馈逆变器缺相降额控制方法，其特征在于，步骤2中，利用2阶广义积分器对采样的非故障单相电流构建一组虚拟正交量。
3.根据权利要求1所述的隔离型二重化再生制动能量回馈逆变器缺相降额控制方法，其特征在于，两组逆变器的正序d轴有功分量均是通过直流总电压外环PI调节与各自直流母线电压内均压PI环相加获得。
4.根据权利要求1所述的隔离型二重化再生制动能量回馈逆变器缺相降额控制方法，其特征在于，所述外部直流制动单元包括地面制动电阻、车载制动电阻或相邻站点的再生制动能量回馈逆变装置。
5.根据权利要求4所述的隔离型二重化再生制动能量回馈逆变器缺相降额控制方法，其特征在于，两组逆变器的直流侧串联连接。
6.根据权利要求4所述的隔离型二重化再生制动能量回馈逆变器缺相降额控制方法，其特征在于，两组逆变器的直流侧并联连接。
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