CN109217315A - 能馈式牵引供电电源的控制方法及控制装置 - Google Patents

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CN109217315A CN201710513248.1A CN201710513248A CN109217315A CN 109217315 A CN109217315 A CN 109217315A CN 201710513248 A CN201710513248 A CN 201710513248A CN 109217315 A CN109217315 A CN 109217315A
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罗文广
孙璐
苏亮亮
吴奕
刘勇
张志学
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    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Abstract

本发明公开了一种能馈式牵引供电电源的控制方法及控制装置，该控制方法包括：当发生直流牵引网中的再生制动能量向交流电网的回馈时，获取所述交流电网电压的基波电压分量的同步相位角；根据所述同步相位角，从能馈变压器原边输出的交流电流中分别提取与至少一个指定的谐波次数相等的至少一个谐波电流；分别对所述至少一个谐波电流进行跟踪，以生成相应的至少一个补偿参考电压；基于所述至少一个补偿参考电压对所述能馈变压器原边输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿。该控制方法无需再单独设电容器补偿装置等无源滤波电路，使供电系统的可靠性和安全性得以提高。既可起到治理的作用，又可达到增效的目的。

Description

能馈式牵引供电电源的控制方法及控制装置
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，尤其涉及一种能馈式牵引供电电源的控制方法及控制装置。
背景技术
在城市轨道交通牵引供电系统中，能馈式牵引供电电源装置不仅能够将直流侧能量反馈回交流电网，实现列车再生制动能量回馈功能，确保列车再生制动能力的发挥，起到显著的节能效果。同时还能辅助进行牵引整流供电，减小直流网压波动，提高供电稳定性。因此，能馈式牵引供电装置作为一种功能性节能设备，对于提高牵引供电品质，确保列车牵引、制动能力的有效发挥，具有重要意义。
在使用能馈式牵引供电电源装置获得了上述有益效果的同时，也带来一些新的电能质量问题。现有技术一般采用大功率四象限变流技术(PWM整流技术)，变流器交流侧谐波频谱分布宽，当牵引网参数满足一定条件时可能将某些次数的谐波放大，甚至跟交流电网发生谐振，导致变电所RC回路电阻烧损，对城市轨道交通运输的正常秩序以及电力电网的安全运行带来了隐患。
目前，城市轨道交通牵引供电系统谐波的治理方案主要是在变电所加装无源滤波装置来进行集中治理。但一方面，无源滤波装置的占地面积大、噪音高、系统设计复杂、一次性投入成本高，同时增加了变电所值守人员的工作量。另一方面，不同区间变电所的电网谐波特性不一样，导致电网与能馈变流器发生谐振的频率也会不一样，因而还需重新配置无源滤波器的参数，这使得滤波器的器件选型不能统一，不便于能馈式牵引供电电源装置的大规模推广。
综上，亟需一种可根据电网实际需求进行灵活配置的能馈式牵引供电电源以解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种可根据电网实际需求进行灵活配置的能馈式牵引供电电源。
为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种能馈式牵引供电电源的控制方法，所述能馈式牵引供电电源包括能馈变压器以及与所述能馈变压器串联的能馈变流器，所述能馈变压器与交流电网相连接，所述能馈变流器与直流牵引网相连接，所述控制方法包括：
当发生直流牵引网中的再生制动能量向交流电网的回馈时，获取所述交流电网电压的基波电压分量的同步相位角；
根据所述同步相位角，从所述能馈变压器原边输出的交流电流中分别提取与至少一个指定的谐波次数相等的至少一个谐波电流；
分别对所述至少一个谐波电流进行跟踪，以生成相应的至少一个补偿参考电压；
基于所述至少一个补偿参考电压对所述能馈变压器原边输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿。
优选地，所述获取所述交流电网电压的基波电压分量的同步相位角，包括：
根据所述基波电压分量的角频率设置锁相环的振荡频率；
获取所述交流电网电压的同步电压信号；
利用锁相环处理所述同步电压信号，以得到所述基波电压分量的同步相位角。
优选地，所述根据所述同步相位角，从所述能馈变压器原边输出的交流电流中分别提取与至少一个指定的谐波次数相等的至少一个谐波电流，包括：
滤除所述交流电流中的基波电流分量，以得到各次谐波电流分量的和；
根据所述同步相位角以及所述指定的谐波次数，获取倍频相位角；
利用所述倍频相位角的正弦，对所述各次谐波电流分量的和进行倍频，并将其幅值增大为原幅值的2倍，以得到第一倍频分量；
利用所述倍频相位角的余弦，对所述各次谐波电流分量的和进行倍频，并将其幅值增大为原幅值的2倍，以得到第二倍频分量；
对所述第一倍频分量进行滤波，以得到与指定的谐波次数相等的谐波电流的正弦分量的幅值；
对所述第二倍频分量进行滤波，以得到与指定的谐波次数相等的谐波电流的余弦分量的幅值；
根据所述正弦分量的幅值与所述余弦分量的幅值计算得到所述谐波电流。
优选地，所述分别对所述至少一个谐波电流进行跟踪，以生成相应的至少一个补偿参考电压，包括：
利用比较器分别将所述至少一个谐波电流与设定的基准电流0相比较，以得到与所述谐波电流幅值相等且相位相反的差值电流；
利用比例谐振调节器对所述差值电流进行处理，以生成相应的至少一个补偿参考电压。
优选地，在利用比例谐振调节器对所述差值电流进行处理之前，根据与对应于所述指定的谐波次数的所述能馈变压器副边的等效漏电抗设定所述比例谐振调节器的比例系数。
优选地，所述基于所述至少一个补偿参考电压对所述能馈变压器原边输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿，包括：
将所述至少一个补偿参考电压与基波参考电压相叠加；
对叠加得到的总电压进行调制以得到PWM电压信号；
基于所述PWM电压信号对能馈变流器进行控制，以在所述能馈变压器的副边产生PWM输出电压，所述PWM输出电压在所述能馈变压器的原边处产生谐波补偿电流，以对所述能馈变压器输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿。
优选地，所述至少一个指定的谐波次数包括5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波和开关频率附近的高次谐波中的一种或几种。
优选地，所述控制方法还包括：
当所述直流牵引网空载时，通过对能馈变流器原边的无功功率进行PI闭环控制，来补偿直流牵引网空载时系统的无功功率损耗。
本申请的实施例还提供了一种能馈式牵引供电电源的控制装置，所述能馈式牵引供电电源包括能馈变压器以及与所述能馈变压器串联的能馈变流器，所述能馈变压器与交流电网相连接，所述能馈变流器与直流牵引网相连接，所述控制装置包括：
至少一个相位采集模块，其配置为当发生直流牵引网中的再生制动能量向交流电网的回馈时，获取所述交流电网电压的基波电压分量的同步相位角；
至少一个电流提取模块，其配置为根据所述同步相位角，从所述能馈变压器原边输出的交流电流中分别提取与至少一个指定的谐波次数相等的至少一个谐波电流；
至少一个补偿量生成模块，其配置为分别对所述至少一个谐波电流进行跟踪，以生成相应的至少一个补偿参考电压；
一个叠加补偿模块，其配置为基于所述至少一个补偿参考电压对所述能馈变压器原边输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿。
优选地，所述电流提取模块包括：
带阻滤波器，其用于滤除所述交流电流中的基波电流分量，以得到各次谐波电流分量的和；
倍频相位角设定单元，其用于根据所述同步相位角以及所述指定的谐波次数，获取倍频相位角；
第一倍频放大单元，其用于将所述各次谐波电流分量的和与所述倍频相位角的正弦相乘，及将其幅值增大为原幅值的2倍，以得到第一倍频分量；
第二倍频放大单元，其用于将所述各次谐波电流分量的和与所述倍频相位角的余弦相乘，及将其幅值增大为原幅值的2倍，以得到第二倍频分量；
第一低通滤波器，其用于对所述第一倍频分量进行滤波，以得到与指定的谐波次数相等的谐波电流的正弦分量的幅值；
第二低通滤波器，其用于对所述第二倍频分量进行滤波，以得到与指定的谐波次数相等的谐波电流的余弦分量的幅值；
合成单元，其用于根据所述正弦分量的幅值与所述余弦分量的幅值计算得到所述谐波电流。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
通过对能馈变压器原边输出的谐波电流进行跟踪控制，以产生与谐波电流幅值相等、相位相反的补偿电流，来抵消牵引网上相应次数的谐波电流。无需再单独设电容器补偿装置等无源滤波电路，使供电系统的可靠性和安全性得以提高。既可起到治理的作用，又可达到增效的目的。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为现有技术中的能馈式牵引供电电源的主电路系统的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的能馈式牵引供电电源的控制方法的流程示意图；
图3为根据本发明实施例的能馈式牵引供电电源的控制装置的相位采集模块与电流提取模块的结构示意图；
图4为根据本发明实施例的能馈式牵引供电电源的控制装置的补偿量生成模块的结构示意图；
图5为根据本发明实施例的能馈式牵引供电电源的控制装置的叠加补偿模块的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
再生制动能量回馈过程中的高次谐波，主要是由能馈牵引供电电源导致的。这是因为，一方面，城市轨道交通牵引供电系统普遍采用基于二极管整流机组的城轨牵引供电系统整流机组，交流侧谐波频谱分布窄，错开了与交流侧电网的谐振频率区，因而二极管整流机组与交流电网不会产生谐振。另一方面，由于我国列车的密集度和总体数量均较高，因此能馈式牵引供电电源对城市轨道交通牵引供电网谐波的持续性影响较为显著。能馈式牵引供电电源交流侧输出持续性的高次谐波使变电所RC回路电阻烧毁。
本发明实施例所提出的能馈式牵引供电电源装置的控制方法，可以在不增加任何硬件的基础上，通过对现有技术的能馈式牵引供电电源装置的部分组件进行重新配置而实现，下面结合具体的实施例进行说明。
能馈式牵引供电电源的主电路系统结构如图1所示，主要由能馈变压器与能馈变流器组成。当轨道上的车辆工作在牵引状态时，该能馈式牵引供电电源的能量从交流电网向直流牵引网输出。其中，能馈变压器与交流开关柜相连接，从交流开关接入的是来自交流电网的10kV或35kV的三相高压交流电。能馈变压器对该高压交流电进行降压，再将降压后的交流电传输至与能馈变压器串联的能馈变流器，由能馈变流器将该交流电变换成DC1500V的直流电，该直流电再经由直流开关与正负母线相连接，以向轨道上的车辆进行供电。一般的，为了提高输出的直流电压的品质，还在能馈变流器的输出路径上设置有直流电抗器，以滤除输出电流中的高次谐波。
当轨道上的车辆发生制动时，直流牵引网中的再生制动能量将向交流电网进行回馈，对交流电网的电能质量产生影响。本发明实施例提供一种针对能馈式牵引供电电源的控制方法，通过对能馈变压器原边的谐波电流进行提取，并进行谐波电流的跟踪控制，使能馈变压器原边处能够输出一个与谐波电流幅值相等且相位相反的谐波补偿电流，进而实现消除能馈变压器原边谐波电流的功能。下面结合具体的实施例进行说明。
图2为根据本发明实施例的能馈式牵引供电电源的控制方法的流程示意图，如图2所示，该方法包括：
步骤S210、当发生直流牵引网中的再生制动能量向交流电网的回馈时，获取交流电网电压的基波电压分量的同步相位角。
步骤S220、根据得到的同步相位角，从能馈变压器原边输出的交流电流中分别提取与至少一个指定的谐波次数相等的至少一个谐波电流。
步骤S230、分别对提取得到的至少一个谐波电流进行跟踪，以生成相应的至少一个补偿参考电压。
步骤S240、基于至少一个补偿参考电压对能馈变压器原边输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿。
具体的，在步骤S210中，首先，根据交流电网电压的基波电压分量的角频率，设置锁相环的振荡频率。然后，获取与交流电网电压同步的同步电压信号。之后，再利用设置好的锁相环对同步电压信号进行处理，通过锁相环的跟踪锁相，获取基波电压分量的同步相位角。
如图3所示，30表示锁相环PLL，其输入端连接与交流电网电压同步的同步电压信号us。锁相环内压控振荡器VCO的振荡频率已经设定为基波电压分量的角频率，通过对us的跟踪锁相，可以得到基波电压分量的同步相位角wt。
在步骤S220中，首先，根据得到的同步相位角wt以及指定的谐波次数，获取倍频相位角。其中，指定的谐波次数指的是，根据牵引网中车辆的实际运行的情况，所确定的一定运行区间内，能馈变流器对交流电网的谐波起主要作用的谐波的次数。例如，5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等。进一步地，本发明实施例中，可以对上述谐波中的一种或几种同时进行补偿。
如图3所示，31表示倍频相位角设定单元，其接收锁相环输出的基波电压分量的同步相位角wt，并根据指定的谐波次数，例如5次，获取倍频相位角5wt。当通过对车辆的实际运行的情况进行分析后，如果还需要对7次谐波进行补偿，则分别针对5次谐波和7次谐波设置补偿路径，如图3所示。各条补偿路径的结构与功能完全相同，以下将以5次谐波的补偿路径进行说明。
另外，还需要说明的是，本发明实施例中的指定的谐波次数，还包括开关频率附近的高次谐波，例如可以为19次谐波、21次谐波等。其补偿过程与对5次谐波、7次谐波等低次谐波进行补偿的过程完全相同。本发明实施例的控制方法，既可以专门针对特定低次谐波进行指定补偿，也可以对开关频率附近的高次谐波进行抑制和消除，具有明显的灵活性。
在得到倍频相位角之前或之后，对交流电流进行倍频之前，需要先行滤除交流电流中的基波电流分量(即对应于50Hz的电流分量)，以得到除基波电流分量以外的各次谐波电流分量的和。如图3所示，可以采用带阻滤波器BSF20对基波电流分量进行滤除。
利用倍频相位角的正弦对各次谐波电流分量的和进行倍频，并将各次谐波电流分量的和的幅值增大为原幅值的2倍，以得到第一倍频分量。仍以5次谐波电流为例，假设能馈变压器原边输出的交流电流，即负载电流iL为：
其中，I1m表示基波电流分量的幅值，I2m……Inm表示各次谐波电流分量的幅值，表示各电流分量的初相位角，w为基波电流分量的角频率。
从负载电流iL中滤除基波电流分量后，得到的各次谐波电流分量的和如表达式(2)所示：
其中，5次谐波电流i5(t)可以表示为：
i5(t)＝I5pmsin5wt+I5qmcos5wt (3)
式中，I5pm表示5次谐波电流的正弦分量的幅值，I5qm表示5次谐波电流的余弦分量的幅值。
在表达式(2)两边同时乘以2sin5wt，则得到的第一倍频分量中的5次谐波电流可以变形为：
2i5(t)sin5wt＝I5pm-I5pmcos10wt+I5qmsin10wt (4)
同样的，利用倍频相位角的余弦对表达式(2)进行倍频，并将倍频后的电流的幅值增大为原幅值的2倍，以得到第二倍频分量。
在表达式(2)两边同时乘以2cos5wt，则得到的第二倍频分量中的5次谐波电流可以变形为：
2i5(t)cos5wt＝I5qm+I5pmsin10wt+I5qmcos10wt (5)
接下来，通过低通滤波器对第一倍频分量进行滤波，以得到与指定的谐波次数相等的谐波电流，即5次谐波电流的正弦分量的幅值，通过低通滤波器对第二倍频分量进行滤波，以得到与指定的谐波次数相等的谐波电流，即5次谐波电流的余弦分量的幅值。再根据得到正弦分量的幅值与余弦分量的幅值，通过计算得到5次谐波电流。
如图3所示，32表示第一倍频放大单元，倍频相位角5wt与各次谐波电流分量的和同时输入到计算部件中，计算部件将各次谐波电流分量的和与倍频相位角5wt的正弦sin5wt相乘，再将得到的结果送入放大部件中，放大部件将送入的电流的幅值增大为原幅值的2倍，以得到第一倍频分量。
33表示第二倍频放大单元，倍频相位角5wt与各次谐波电流分量的和同时输入到计算部件中，计算部件将各次谐波电流分量的和与倍频相位角5wt的余弦cos5wt相乘，再将得到的结果送入放大部件中，放大部件将送入的电流的幅值增大为原幅值的2倍，以得到第二倍频分量。
将得到的第一倍频分量与第二倍频分量分别输入到低通滤波器，LPF34与LPF35中，通过滤除谐波成分，分别得到5次谐波电流的正弦分量的幅值I5pm与余弦分量的幅值I5qm。
图3中的36表示合成单元，其中一个计算部件用于接收LPF34输出的正弦分量的幅值I5pm，将I5pm与sin5wt相乘后送入比较部件，另一个计算部件用于接收LPF35输出的余弦分量的幅值I5qm，将I5qm与cos5wt相乘后送入比较部件，比较部件将两个乘积相加，即得到5次谐波电流i5(t)。
当需要对其他次数的谐波也同时进行补偿时，根据上述方法可以得到多个谐波电流，例如在图3中，通过两路补偿路径，分别得到i5(t)与i7(t)。
在步骤S230中，利用比较器分别将至少一个谐波电流与设定的基准电流0相比较，以得到与该谐波电流幅值相等且相位相反的差值电流。再利用比例谐振调节器对得到的差值电流进行处理，以生成相应的至少一个补偿参考电压。
在利用比例谐振调节器对差值电流进行处理之前，需要根据与对应于指定的谐波次数的能馈变压器副边的等效漏电抗，来对比例谐振调节器的比例系数进行设定，以生成相应的补偿参考电压，以及消除跟踪的静态误差。
如图4所示，41表示比较器，其同时输入前面计算得到的谐波电流，例如5次谐波电流i5(t)，与设定的基准电流i5ref，且谐波电流i5(t)连接比较器的反相输入端，基准电流i5ref连接比较器的同相输入端。基准电流一般设定为0，则比较器跟踪并输出的是与谐波电流i5(t)幅值相等且相位相反的差值电流。图4中的42表示比例谐振调节器，其对补偿电流进行处理。在对处理5次谐波电流的比例谐振调节器PR5的比例系数进行设定时，可以将其设置为与5次谐波相对应的，能馈变压器副边的等效漏电抗。例如，如果能馈变压器副边的等效漏电抗为5wL，则将比例谐振调节器的比例系数设定为5wL。这样，当差值电流经过处理后，可以输出一个5次谐波所对应的补偿参考电压u5out。
当需要对其他次数的谐波也同时进行补偿时，采用同样的方法计算得到对应的补偿电压，例如u7out，如图4所示，此时处理7次谐波电流的比例谐振调节器PR7的比例系数被设定为，与7次谐波相对应的，能馈变压器副边的等效漏电抗为7wL。
在步骤S240中，将计算得到的至少一个补偿参考电压与基波参考电压相叠加，对叠加得到的总电压进行调制以得到PWM电压信号，基于该PWM电压信号对能馈变流器进行控制，以在能馈变压器的副边产生PWM输出电压。该PWM输出电压进一步作用于能馈变压器的漏电抗上，进而在能馈变压器的原边处产生谐波补偿电流，以对能馈变压器输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿。
如图5所示，将得到的至少一个补偿参考电压同时连接到加法部件51的各输入端，且该加法部件51的一个输入端还连接基波参考电压uout，该基波参考电压是通过对交流电流中的基波电流分量(50Hz)进行跟踪补偿得到的，由于该基波参考电压的补偿方法不属于本申请所保护的范围，因此此处不再赘述。各补偿参考电压均连接在加法部件51的同相输入端，因此，各补偿参考电压相互叠加。再将叠加后的总电压输入到调制比较部件52，以得到PWM电压信号。并通过PWM电压信号对能馈变流器进行控制。
在本发明的实施例中，通过对能馈变压器原边输出的谐波电流进行跟踪控制，以在能馈变压器的原边处产生与谐波电流幅值相等、相位相反的谐波补偿电流，来抵消牵引网上相应次数的谐波电流。本发明实施例无需再单独设电容器补偿装置等无源滤波电路，使供电系统的可靠性和安全性得以提高。既可起到治理作用，又可达到增效目的。
本领域的技术人员容易理解的是，上述控制方法可以以分立的功能模块构造成的控制装置来实现。在本发明的一个实施例中，提供一种能馈式牵引供电电源的控制装置，包括至少一个相位采集模块，其配置为执行步骤S210的操作，至少一个电流提取模块，其配置为执行步骤S220的操作，至少一个补偿量生成模块，其配置为执行步骤S230的操作，以及一个叠加补偿模块，其配置为执行步骤S240的操作。
并且容易理解的是，相位采集模块主要包括前述锁相环30，电流提取模块主要包括前述带阻滤波器20、倍频相位角设定单元31、第一倍频放大单元32、第二倍频放大单元33、第一低通滤波器34、第二低通滤波器35以及合成单元36。补偿量生成模块主要包括前述比较器41以及比例谐振调节器42。叠加补偿模块主要包括前述加法部件51与调制比较部件52。上述各部件的具体功能可参见前述实施例，此处不再赘述。
另外，在本发明的另一个实施例中，也可以以能馈变流柜作为实施的硬件平台，通过控制软件来实施对制动能量回馈过程的控制，以及对能馈变压器原边输出的交流电流中的谐波进行补偿。进一步地，还可以将本发明实施例中的控制算法集成在能馈变流器的内部，可以是应用在城轨三相交流牵引供电系统中的能馈变流器，也可为铁路单相交流牵引供电系统中的能馈变流器。
由于不需要增加额外的器件和设备，不需要占用本来就狭小的地铁变电所空间，因此更适用于设备安装空间有限且布局紧凑的城轨牵引供电变电所，且无需增加额外成本。
本发明实施例所提出的能馈式牵引供电电源的控制方法兼具无功补偿的功能。当列车晚间停运后，直流牵引网处于空载状态，此时，能馈变流器可以作为静态无功发生器SVG来运行，通过对能馈变流器原边的无功功率进行PI闭环控制，来补偿直流牵引网空载时系统的无功功率损耗，提高供电系统的功率因数。
具体的实现过程是：将三相对称静止abc坐标系转换成与交流电网基波频率同步旋转的dq坐标系，并将abc坐标系下的交流电网电流的基波正弦量，即ia、ib、ic，转化成同步旋转的dq坐标系下的直流量，即有功分量id和无功分量iq。通过对交流电网电流的无功分量iq与目标值(设为0)进行PI闭环调节，即可以实现交流电网无功电流的补偿，提高系统的功率因素。
上述各实施例中，关于能馈式牵引供电电源控制方法中无功补偿及谐波生成等具体控制要求均可以根据外部实际需求来进行调整与变更，因此本发明的控制方法具有广泛的适用性。
本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种能馈式牵引供电电源的控制方法，所述能馈式牵引供电电源包括能馈变压器以及与所述能馈变压器串联的能馈变流器，所述能馈变压器与交流电网相连接，所述能馈变流器与直流牵引网相连接，所述控制方法包括：
当发生直流牵引网中的再生制动能量向交流电网的回馈时，获取所述交流电网电压的基波电压分量的同步相位角；
根据所述同步相位角，从所述能馈变压器原边输出的交流电流中分别提取与至少一个指定的谐波次数相等的至少一个谐波电流；
分别对所述至少一个谐波电流进行跟踪，以生成相应的至少一个补偿参考电压；
基于所述至少一个补偿参考电压对所述能馈变压器原边输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取所述交流电网电压的基波电压分量的同步相位角，包括：
根据所述基波电压分量的角频率设置锁相环的振荡频率；
获取所述交流电网电压的同步电压信号；
利用锁相环处理所述同步电压信号，以得到所述基波电压分量的同步相位角。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述同步相位角，从所述能馈变压器原边输出的交流电流中分别提取与至少一个指定的谐波次数相等的至少一个谐波电流，包括：
滤除所述交流电流中的基波电流分量，以得到各次谐波电流分量的和；
根据所述同步相位角以及所述指定的谐波次数，获取倍频相位角；
利用所述倍频相位角的正弦，对所述各次谐波电流分量的和进行倍频，并将其幅值增大为原幅值的2倍，以得到第一倍频分量；
利用所述倍频相位角的余弦，对所述各次谐波电流分量的和进行倍频，并将其幅值增大为原幅值的2倍，以得到第二倍频分量；
对所述第一倍频分量进行滤波，以得到与指定的谐波次数相等的谐波电流的正弦分量的幅值；
对所述第二倍频分量进行滤波，以得到与指定的谐波次数相等的谐波电流的余弦分量的幅值；
根据所述正弦分量的幅值与所述余弦分量的幅值计算得到所述谐波电流。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述分别对所述至少一个谐波电流进行跟踪，以生成相应的至少一个补偿参考电压，包括：
利用比较器分别将所述至少一个谐波电流与设定的基准电流0相比较，以得到与所述谐波电流幅值相等且相位相反的差值电流；
利用比例谐振调节器对所述差值电流进行处理，以生成相应的至少一个补偿参考电压。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，还包括：在利用比例谐振调节器对所述差值电流进行处理之前，根据与对应于所述指定的谐波次数的所述能馈变压器副边的等效漏电抗设定所述比例谐振调节器的比例系数。
6.根据权利要求4或5所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述至少一个补偿参考电压对所述能馈变压器原边输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿，包括：
将所述至少一个补偿参考电压与基波参考电压相叠加；
对叠加得到的总电压进行调制以得到PWM电压信号；
基于所述PWM电压信号对能馈变流器进行控制，以在所述能馈变压器的副边产生PWM输出电压，所述PWM输出电压在所述能馈变压器的原边处产生谐波补偿电流，以对所述能馈变压器输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述至少一个指定的谐波次数包括5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波和开关频率附近的高次谐波中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
当所述直流牵引网空载时，通过对能馈变流器原边的无功功率进行PI闭环控制，来补偿直流牵引网空载时系统的无功功率损耗。
9.一种能馈式牵引供电电源的控制装置，所述能馈式牵引供电电源包括能馈变压器以及与所述能馈变压器串联的能馈变流器，所述能馈变压器与交流电网相连接，所述能馈变流器与直流牵引网相连接，所述控制装置包括：
至少一个相位采集模块，其配置为当发生直流牵引网中的再生制动能量向交流电网的回馈时，获取所述交流电网电压的基波电压分量的同步相位角；
至少一个电流提取模块，其配置为根据所述同步相位角，从所述能馈变压器原边输出的交流电流中分别提取与至少一个指定的谐波次数相等的至少一个谐波电流；
至少一个补偿量生成模块，其配置为分别对所述至少一个谐波电流进行跟踪，以生成相应的至少一个补偿参考电压；
一个叠加补偿模块，其配置为基于所述至少一个补偿参考电压对所述能馈变压器原边输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿。
10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述电流提取模块包括：
带阻滤波器，其用于滤除所述交流电流中的基波电流分量，以得到各次谐波电流分量的和；
倍频相位角设定单元，其用于根据所述同步相位角以及所述指定的谐波次数，获取倍频相位角；
第一倍频放大单元，其用于将所述各次谐波电流分量的和与所述倍频相位角的正弦相乘，及将其幅值增大为原幅值的2倍，以得到第一倍频分量；
第二倍频放大单元，其用于将所述各次谐波电流分量的和与所述倍频相位角的余弦相乘，及将其幅值增大为原幅值的2倍，以得到第二倍频分量；
第一低通滤波器，其用于对所述第一倍频分量进行滤波，以得到与指定的谐波次数相等的谐波电流的正弦分量的幅值；
第二低通滤波器，其用于对所述第二倍频分量进行滤波，以得到与指定的谐波次数相等的谐波电流的余弦分量的幅值；
合成单元，其用于根据所述正弦分量的幅值与所述余弦分量的幅值计算得到所述谐波电流。
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