CN112165126A - 双向变流器并联运行环流抑制自适应控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的双向变流器并联运行环流抑制自适应控制方法，首先根据直流牵引电网上的电压大小所表征的轨道交通牵引供电系统所处的低于正常工作最低电压、负载较大、负载较小、空载、制动能量较小、制动能量较大、高于正常工作最高电压，将直流电压划分为7个区间，控制这7个区间状态下的双向变流器分别工作于截止、最大恒功率整流、整流稳压、截止、线性逆变、最大恒功率逆变、介质状态。本发明的双向变流器控制方法，通过设置直流牵引电网空载时对应的空载电压区间，使得直流电压检测偏低或偏高的双向变流器不会在同一时间段内分别工作于逆变回馈工作状态和整流状态，避免了双向变流器环流现象的发生。

Description

双向变流器并联运行环流抑制自适应控制方法

技术领域

本发明涉及一种双向变流器并联运行环流抑制自适应控制方法，更具体的说，尤其涉及一种将直流电压划分为7个区间并分别控制双向变流器工作的双向变流器并联运行环流抑制自适应控制方法。

背景技术

城市轨道交通牵引供电系统中，采用整流器作为交流电能转换为直流电能的装置，其能量的流动方向为单向的，即只能从交流侧流向直流侧。当车辆制动时，车辆的制动能量会通过车载变流器返送到直流牵引电网上，此部分能量会被相邻的启动或者加速车辆吸收一部分，剩下的部分一般都是通过另外增加再生制动能量吸收装置进行吸收。

双向变流器是将整流器和再生制动能量吸收装置合二为一，兼具整流和逆变回馈的功能，既可以工作在整流模式为直流牵引电网提供直流电能，也可以工作在逆变模式将列车的制动能量回馈到交流电网中去。

双向变流器工作在PWM整流方式下，以稳定直流电网电压为目标，当直流电网电压值高于双向变流器稳压目标设置值时，其工作于逆变回馈模式，将直流转换为交流，能量从直流侧向交流侧转换；当直流电网电压值低于双向变流器稳压目标设置值时，其工作与整流模式，将交流转换为直流，能量从交流侧向直流侧转换。

每个城市轨道交通线路有多个牵引所供电，每个牵引所内都有整流机组为直流牵引网提供直流电能，当将这些整流机组替换为双向变流器，这些双向变流器全部工作于PWM整流稳压模式，对于直流电压的检测各个双向变流器之间或多或少的都会存在一定的差异，而各个双向变流器都会自身检测到的直流电压为控制目标，对于同一直流母线，检测偏高的双向变流器会工作于逆变回馈状态，检测偏低的双向变流器会工作于整流状态，进而能量会在双向变流器之间循环，形成环流，这就是多台双向变流器并联运行时存在的问题，若双向变流器在现场应用，必须要解决双向变流器的环流问题。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种双向变流器并联运行环流抑制自适应控制方法。

本发明的双向变流器并联运行环流抑制自适应控制方法，其特征在于，其控制方法为：首先根据直流牵引电网上的电压大小所表征的轨道交通牵引供电系统所处的低于正常工作最低电压、负载较大、负载较小、空载、制动能量较小、制动能量较大、高于正常工作最高电压，将直流牵引电网的电压由小至大依次划分为7个区间，然后控制这7个区间状态下的双向变流器分别工作于截止、最大恒功率整流、整流稳压、截止、线性逆变、最大恒功率逆变、介质状态。

本发明的双向变流器并联运行环流抑制自适应控制方法，具体通过以下步骤来实现：

a).电压分区，记直流牵引电网正常工作的最低电压和最高电压分别为V1、V2，V1＜V2；将直流牵引网上的电压依次分为7个工作区间，分别为0～V1、V1～V2、V2～V3、V3～V4、V4～V5、V5～V6、V6～∞，其对应的区间分别称为第一、第二、…、第七区间；

b).第一区间：当检测到直流牵引电网上的电压低于V1时，则认为直流牵引网存在故障，控制双向变流器工作于截止状态；

c).第二区间：当检测到直流牵引电网上的电压值位于V1～V2区间时，说明直流牵引电网上的电压比较低，此时直流牵引电网上有较大的负载，控制双向变流器以最大恒功率运行于可控直流模式，以使交流电网上的电能最大限度地流向直流牵引电网；

d).第三区间：当检测到直流牵引电网上的电压值位于V2～V3区间时，此时直流牵引电网上的负载相对较小，控制双向变流器工作于整流稳压模式，以稳定直流牵引电网的电压为目标；为了防止各个牵引站中的双向变流器由于直流电压检测误差造成的功率分配不均的问题，此时采用下垂控制模式，即：随着输出电流的增加自动降低直流稳压的目标值，以防止各个双向变流器的输出功率差异过大；

e).第四区间：当检测到直流牵引电网上的电压值位于V3～V4区间时，认为直流牵引电网处于空载模式，此种情况下认为既没有车辆在启动和加速的情况下运行，也没有车辆处于减速或者制动的情况下运行；在此区间内，双向变流器既不需要向直流牵引网提供能量，也不需要将直流牵引网上的制动能量逆变回馈到交流电网，控制双向变流器工作于截止状态；

f).第五区间：当检测到直流牵引电网上的电压值位于V4～V5区间时，此时直流牵引电网上有一定的智能能量且制动能量相对较小，双向变流器工作于逆变回馈模式，随着直流牵引电网电压的升高，双向变流器逆变回馈的功率逐渐增大，双向变流器工作在线性区域，同样可以防止各个双向变流器的输出功率差异过大，

g).第六区间：当检测到直流牵引电网上的电压值位于V5～V6区间时，此时直流牵引电网电压相对比较高，说明此时直流牵引电网上有较大的制动能量，控制双向变流器以最大功率运行于逆变回馈模式，以使直流牵引电网上的制动能量最大限度地流向交流电网；

h).第七区间：当检测到直流牵引电网上的电压值大于V6时，说明直流电压已超过直流牵引电网的最高电压，此时的电压会对直流牵引电网的用电设备产生一定的危害，也超过了双向变流器的安全工作电压，因此控制双向变流器工作于截止状态，停止工作。

本发明的双向变流器并联运行环流抑制自适应控制方法，步骤d)所述的第三区间过程具体通过以下步骤来实现：

d-1).检测到直流牵引电网电压偏低的双向变流器会首先从第四区间变化到第三区间，开启整流功能向直流牵引电网提供能量，随着其输出电流增大，双向变流器本身会自动降低直流电压稳压目标值，此时相当于缓慢降低直流电压；

d-2).检测到直流牵引电网电压偏高的双向变流器会相继从第四区间变化到第三区间开启整流功能，以此到达减小功率分配不均的情况。

本发明的有益效果是：本发明的双向变流器并联运行环流抑制自适应控制方法，根据直流牵引电网电压大小所表征的轨道交通牵引供电系统所处的状态（低于正常工作最低电压、负载较大、负载较小、空载、制动能量较小、制动能量较大、高于正常工作最高电压），将直流牵引电网的电压由小至大依次划分为7个区间，然后控制这7个区间状态下的双向变流器分别工作于截止、最大恒功率整流、整流稳压、截止、线性逆变、最大恒功率逆变、介质状态，可见，通过设置直流牵引电网空载时对应的空载电压区间，使得直流电压检测偏低或偏高的双向变流器不会在同一时间段内分别工作于逆变回馈工作状态和整流状态，避免了双向变流器之间电流的循环流动，解决了双向变流器的环流问题。

同时，在直流牵引电网处于负载较小的情况下，采用随着输出电流的增加自动降低直流稳压的目标值的下垂控制模式，可防止各个双向变流器的输出功率差异过大的问题；在直流牵引电网处于制动能量较小的情况下，通过控制双向变流器工作在线性区域，同样可以防止各个双向变流器的输出功率差异过大。

附图说明

图1为本发明中自适应控制工作区间的划分示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明中自适应控制工作区间的划分示意图，本发明的双向变流器并联运行环流抑制自适应控制方法，具体通过以下步骤来实现：

a).电压分区，记直流牵引电网正常工作的最低电压和最高电压分别为V1、V2，V1＜V2；将直流牵引网上的电压依次分为7个工作区间，分别为0～V1、V1～V2、V2～V3、V3～V4、V4～V5、V5～V6、V6～∞，其对应的区间分别称为第一、第二、…、第七区间；

b).第一区间：当检测到直流牵引电网上的电压低于V1时，则认为直流牵引网存在故障，控制双向变流器工作于截止状态；

c).第二区间：当检测到直流牵引电网上的电压值位于V1～V2区间时，说明直流牵引电网上的电压比较低，此时直流牵引电网上有较大的负载，控制双向变流器以最大恒功率运行于可控直流模式，以使交流电网上的电能最大限度地流向直流牵引电网；

d).第三区间：当检测到直流牵引电网上的电压值位于V2～V3区间时，此时直流牵引电网上的负载相对较小，控制双向变流器工作于整流稳压模式，以稳定直流牵引电网的电压为目标；为了防止各个牵引站中的双向变流器由于直流电压检测误差造成的功率分配不均的问题，此时采用下垂控制模式，即：随着输出电流的增加自动降低直流稳压的目标值，以防止各个双向变流器的输出功率差异过大；

功率分配不均产生的原因：与产生环流的原因类似，双向变流器工作于稳压模式时，由于各自对于直流电压检测之间的误差，对同一个直流电压母线所检测到的直流电压相互之间有差异，这就会造成检测直流电压偏低的双向变流器输出功率大，检测直流电压偏高的双向变流器输出功率小或者不工作。

下垂控制可以减小功率分配不均的原理：

d-1).检测到直流牵引电网电压偏低的双向变流器会首先从第四区间变化到第三区间，开启整流功能向直流牵引电网提供能量，随着其输出电流增大，双向变流器本身会自动降低直流电压稳压目标值，此时相当于缓慢降低直流电压；

d-2).检测到直流牵引电网电压偏高的双向变流器会相继从第四区间变化到第三区间开启整流功能，以此到达减小功率分配不均的情况。

e).第四区间：当检测到直流牵引电网上的电压值位于V3～V4区间时，认为直流牵引电网处于空载模式，此种情况下认为既没有车辆在启动和加速的情况下运行，也没有车辆处于减速或者制动的情况下运行；在此区间内，双向变流器既不需要向直流牵引网提供能量，也不需要将直流牵引网上的制动能量逆变回馈到交流电网，控制双向变流器工作于截止状态；

f).第五区间：当检测到直流牵引电网上的电压值位于V4～V5区间时，此时直流牵引电网上有一定的智能能量且制动能量相对较小，双向变流器工作于逆变回馈模式，随着直流牵引电网电压的升高，双向变流器逆变回馈的功率逐渐增大，双向变流器工作在线性区域，同样可以防止各个双向变流器的输出功率差异过大，

g).第六区间：当检测到直流牵引电网上的电压值位于V5～V6区间时，此时直流牵引电网电压相对比较高，说明此时直流牵引电网上有较大的制动能量，控制双向变流器以最大功率运行于逆变回馈模式，以使直流牵引电网上的制动能量最大限度地流向交流电网；

h).第七区间：当检测到直流牵引电网上的电压值大于V6时，说明直流电压已超过直流牵引电网的最高电压，此时的电压会对直流牵引电网的用电设备产生一定的危害，也超过了双向变流器的安全工作电压，因此控制双向变流器工作于截止状态，停止工作。

工作区间划分及双向变流器的相应工作状态如表1所示：

表1

可见，通过设置直流牵引电网空载时对应的空载电压区间（第四区间），使得直流电压检测偏低或偏高的双向变流器不会在同一时间段内分别工作于逆变回馈工作状态和整流状态，避免了双向变流器之间环流问题的发生。

Claims (3)

1.一种双向变流器并联运行环流抑制自适应控制方法，其特征在于，其控制方法为：首先根据直流牵引电网上的电压大小所表征的轨道交通牵引供电系统所处的低于正常工作最低电压、负载较大、负载较小、空载、制动能量较小、制动能量较大、高于正常工作最高电压，将直流牵引电网的电压由小至大依次划分为7个区间，然后控制这7个区间状态下的双向变流器分别工作于截止、最大恒功率整流、整流稳压、截止、线性逆变、最大恒功率逆变、介质状态。

2.根据权利要求1所述的双向变流器并联运行环流抑制自适应控制方法，其特征在于，具体通过以下步骤来实现：

a).电压分区，记直流牵引电网正常工作的最低电压和最高电压分别为V1、V2，V1＜V2；将直流牵引网上的电压依次分为7个工作区间，分别为0～V1、V1～V2、V2～V3、V3～V4、V4～V5、V5～V6、V6～∞，其对应的区间分别称为第一、第二、…、第七区间；

b).第一区间：当检测到直流牵引电网上的电压低于V1时，则认为直流牵引网存在故障，控制双向变流器工作于截止状态；

c).第二区间：当检测到直流牵引电网上的电压值位于V1～V2区间时，说明直流牵引电网上的电压比较低，此时直流牵引电网上有较大的负载，控制双向变流器以最大恒功率运行于可控直流模式，以使交流电网上的电能最大限度地流向直流牵引电网；

d).第三区间：当检测到直流牵引电网上的电压值位于V2～V3区间时，此时直流牵引电网上的负载相对较小，控制双向变流器工作于整流稳压模式，以稳定直流牵引电网的电压为目标；为了防止各个牵引站中的双向变流器由于直流电压检测误差造成的功率分配不均的问题，此时采用下垂控制模式，即：随着输出电流的增加自动降低直流稳压的目标值，以防止各个双向变流器的输出功率差异过大；

e).第四区间：当检测到直流牵引电网上的电压值位于V3～V4区间时，认为直流牵引电网处于空载模式，此种情况下认为既没有车辆在启动和加速的情况下运行，也没有车辆处于减速或者制动的情况下运行；在此区间内，双向变流器既不需要向直流牵引网提供能量，也不需要将直流牵引网上的制动能量逆变回馈到交流电网，控制双向变流器工作于截止状态；

f).第五区间：当检测到直流牵引电网上的电压值位于V4～V5区间时，此时直流牵引电网上有一定的智能能量且制动能量相对较小，双向变流器工作于逆变回馈模式，随着直流牵引电网电压的升高，双向变流器逆变回馈的功率逐渐增大，双向变流器工作在线性区域，同样可以防止各个双向变流器的输出功率差异过大，

g).第六区间：当检测到直流牵引电网上的电压值位于V5～V6区间时，此时直流牵引电网电压相对比较高，说明此时直流牵引电网上有较大的制动能量，控制双向变流器以最大功率运行于逆变回馈模式，以使直流牵引电网上的制动能量最大限度地流向交流电网；

h).第七区间：当检测到直流牵引电网上的电压值大于V6时，说明直流电压已超过直流牵引电网的最高电压，此时的电压会对直流牵引电网的用电设备产生一定的危害，也超过了双向变流器的安全工作电压，因此控制双向变流器工作于截止状态，停止工作。

3.根据权利要求2所述的双向变流器并联运行环流抑制自适应控制方法，其特征在于：步骤d)所述的第三区间过程具体通过以下步骤来实现：

d-1).检测到直流牵引电网电压偏低的双向变流器会首先从第四区间变化到第三区间，开启整流功能向直流牵引电网提供能量，随着其输出电流增大，双向变流器本身会自动降低直流电压稳压目标值，此时相当于缓慢降低直流电压；

d-2).检测到直流牵引电网电压偏高的双向变流器会相继从第四区间变化到第三区间开启整流功能，以此到达减小功率分配不均的情况。

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