統一能量控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種統一能量控制系統，包括：單相多繞組隔離變壓器，其接入供電臂；能量存儲與變換器，其包括至少一能量存儲與變換子模塊，子模塊輸入側連副邊繞組，子模塊包括一能量存儲模塊和兩雙向AC?DC變換器；測量電路，其與電網側和牽引側連；綜合優化控制器，其與測量電路連；能量存儲與變換控制器，其與綜合優化控制器、雙向AC?DC變換器連。本發明還提供了一種統一能量控制系統的綜合優化控制方法。本發明有益效果：實現牽引機車再生制動能量實時存儲和釋放，高效利用再生制動能量；無牽引負荷時蓄電，優先谷時充電蓄能、峰時放電供能，實現削峰填谷及需求側響應管理，提高供電能力并降低運營成本；實現負序、無功、諧波和電壓波動及偏差的治理。
【專利說明】
統一能量控制系統
技術領域
[0001] 本發明涉及電氣化鐵路技術領域，具體而言，涉及一種統一能量控制系統。
【背景技術】
[0002] 目前，我國電力機車普遍采用能耗制動和再生制動兩種制動方式。能耗制動主要 用于交直型機車，再生制動主要用于交直交型機車。隨著我國電氣化鐵路高速重載化的發 展，交直交機車已經成為主要發展方向。由于再生制動功率很大，因此如何處理再生制動能 量已經成為不容忽視的問題。目前，一般是將電力機車再生制動能量直接回饋至電網，這將 引起接觸網電壓升高，并可能造成牽引變電所保護誤動作及對電網造成沖擊。
[0003] 另外，隨著我國電氣化鐵路的迅速發展，由電氣化鐵路負荷特性和牽引變壓器接 線型式等原因引起的負序、無功、諧波和饋線電壓波動及偏差等電能質量問題日益突出，這 些問題不僅影響牽引供電系統的正常運行，也為電網的安全穩定運行帶來隱患。治理高次 諧波的方法主要有無源濾波和有源濾波(APF)，源濾波成本高，無源濾波損耗大，因此目前 電氣化鐵路高次諧波諧振問題還缺乏經濟有效的處理方法。治理無功和饋線電壓波動及偏 差問題主要采用動態無功補償器(SVC)和靜止無功發生器(SVG)，但在兩供電臂牽引負荷嚴 重不對稱情況下，由于補償裝置容量有限，難以解決饋線電壓波動及偏差問題。鐵路功率調 節器(RPC)能綜合解決負序和無功問題，但是難以高效解決再生制動能量利用問題，雖然 RPC能夠將再生制動能量從一個供電臂傳送至另一個供電臂，但是由于RPC沒有大容量能量 存儲裝置，如果在接收能量的供電臂上沒有牽引負荷，就無法高效利用再生制動能量，最終 還是只能回饋電網，造成浪費和沖擊，難以滿足鐵路用戶需求。
【發明內容】
[0004] 為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種統一能量控制系統，能夠高效利用 電氣化鐵路再生制動能量，同時能夠解決牽引供電系統電能質量治理問題，尤其是饋線電 壓穩定問題和高次諧波諧振問題，以滿足鐵路公司和電力部門的需求。
[0005] 本發明提供了一種統一能量控制系統，包括：
[0006] 單相多繞組隔離變壓器，其接入牽引變壓器的供電臂，兩個所述單相多繞組隔離 變壓器的高壓側通過連接開關分別接入所述牽引變壓器的兩供電臂，所述單相多繞組隔離 變壓器的低壓側包括至少一個低壓繞組，所述單相多繞組隔離變壓器用于接入供電臂并隔 離降壓；
[0007] 能量存儲與變換器，其包括至少一個能量存儲與變換子模塊，所述能量存儲與變 換子模塊的兩輸入側分別連接所述單相多繞組隔離變壓器對應的副邊繞組，所述能量存儲 與變換子模塊包括一個能量存儲模塊和兩個雙向AC-DC變換器，所述能量存儲模塊與兩個 所述雙向AC-DC變換器相連，所述能量存儲模塊實時對牽引機車再生制動能量進行存儲和 釋放，在無牽引負荷時蓄電、優先谷時充電蓄能、峰時放電供能，所述能量存儲與變換器用 于實時存儲牽引機車的制動能量，并控制存儲能量的釋放，實現兩供電臂的有功功率雙向 流通，并補償兩供電臂的無功功率；
[0008] 測量電路，其輸入端與所述牽引變壓器電網側和所述牽引變壓器牽引側相連，所 述測量電路對所述牽引變壓器電網側的三相電壓和三相電流、所述牽引變壓器牽引側的兩 相饋線電壓和兩相饋線電流進行采樣；
[0009] 綜合優化控制器，其輸入端與所述測量電路的輸出端相連，所述綜合優化控制器 包括狀態監測模塊、多源優化控制模塊、電壓恒定控制模塊和高次諧波諧振抑制模塊，所述 測量電路與所述狀態監測模塊相連，所述狀態監測模塊分別與所述多源優化控制模塊、所 述電壓恒定控制模塊、所述高次諧波諧振抑制模塊相連，所述綜合優化控制器接收所述測 量電路采樣的數據并進行優化計算，產生優化控制信號；
[0010] 能量存儲與變換控制器，其輸入端與所述綜合優化控制器的輸出端相連，所述能 量存儲與變換控制器的輸出端與所述雙向AC-DC變換器相連，所述能量存儲與變換控制器 接收所述綜合優化控制器產生的優化控制信號，根據所述能量存儲模塊狀態為所述雙向 AC-DC變換器提供補償功率調制信號，從而控制流入、流出或流經所述能量存儲模塊的功 率。
[0011] 作為本發明進一步的改進，還包括兩個濾波器，兩個所述濾波器通過連接開關分 別接入所述牽引變壓器的兩供電臂，所述濾波器用于濾除負載產生的諧波電流，并實現兩 供電臂的無功補償。
[0012] 作為本發明進一步的改進，所述濾波器包括至少一路濾波支路。
[0013] 作為本發明進一步的改進，所述能量存儲模塊包括超級電容、電化學電池或它們 的組合或其它能量存貯單元。
[0014] 作為本發明進一步的改進，所述牽引變壓器電網側可以采用直接供電方式、帶回 流線的直接供電方式、自耦變壓器AT供電方式或吸流變壓器BT供電方式進行供電。
[0015] 作為本發明進一步的改進，所述牽引變壓器可以采用單相V/v變壓器、三相V/v變 壓器、V/x變壓器、Scott變壓器、阻抗匹配平衡變壓器、YNdll變壓器或全三相A A變壓器。
[0016] 本發明還提供了一種統一能量控制系統的綜合優化控制方法，該方法包括以下步 驟：
[0017]步驟1，在每個采樣周期的起始點，所述測量電路對所述牽引變壓器電網側的三相 電壓UABC、三相電流iABC及所述牽引變壓器牽引側的兩相饋線電壓Ul、U2和兩相饋線電流isl、 分別進行采樣，并將采樣數據輸入所述狀態監測模塊；
[0018] 步驟2,將三相電壓不平衡度給定值、功率因數給定值PF*和兩相饋線電壓給定 值u\ 2輸入所述狀態監測模塊，采用快速傅立葉算法和瞬時功率算法，獲得所述牽引變壓 器電網側和所述牽引變壓器牽引側實時數據及運行狀態；
[0019] 步驟3,將所述牽引變壓器電網側和所述牽引變壓器牽引側的實時數據及運行狀 態輸入所述多源優化控制模塊、所述電壓恒定控制模塊和所述高次諧波諧振抑制模塊；
[0020] 步驟4,所述綜合優化控制器根據接收到的實時數據及運行狀態進行判斷，選取優 化控制方法，得到優化控制信號，具體如下：
[0021] 當接收到的實時數據及運行狀態正常時，所述多源優化控制模塊采用多源優化控 制方法，產生優化控制信號，控制兩供電臂潮流，保證兩供電臂多源實時功率最優運行；
[0022] 當接收到的實時數據及運行狀態不正常時，所述電壓恒定控制模塊和所述高次諧 波諧振抑制模塊分別進行判斷，并進行相應的控制得到控制信號，所述多源優化控制模塊 綜合所述電壓恒定控制模塊和所述高次諧波諧振抑制模塊的控制信號，產生優化控制信 號，具體包括：
[0023] 如果所述電壓恒定控制模塊判斷所述牽引變壓器牽引側的兩相饋線電壓不滿足 運行要求，所述電壓恒定控制模塊采用電壓恒定控制方法，將所述牽引變壓器牽引側的兩 相饋線電壓最優為優化目標，動態調整所述多源優化控制方法的約束條件，得到調節信號， 實現電壓恒定控制；
[0024] 如果所述高次諧波諧振抑制模塊判斷發生高次諧波諧振，所述高次諧波諧振抑制 模塊采用高次諧波諧振抑制方法動態調整所述多源優化控制方法的控制目標，將所述統一 能量控制系統控制成線路等效特征阻抗，產生諧振抑制的調節信號，抑制兩供電臂線路的 高次諧波諧振；
[0025] 所述多源優化控制模塊根據所述電壓恒定控制模塊和所述高次諧波諧振抑制模 塊的調節信號，調整多源優化控制參數，產生優化控制信號；
[0026] 步驟5,將所述優化控制信號輸入所述能量存儲與變換控制器，得到所述能量存儲 模塊的補償功率，包括流入、流出或流經所述能量存儲模塊的功率，并根據所述能量存儲模 塊狀態產生所述雙向AC-DC變換器的補償功率調制信號；
[0027] 步驟6,將所述補償功率調制信號輸入所述雙向AC-DC變換器，產生調制信號輸入 所述能量存儲與變換器中的觸發電路，控制所述雙向AC-DC變換器的運行，從而控制流入、 流出或流經所述能量存儲模塊的功率，實現牽引機車再生制動能量的充放電。
[0028] 作為本發明進一步的改進，步驟4中，所述多源優化控制方法采用微分進化優化算 法，具體為:將所述能量存儲模塊的補償功率Sc作為目標函數，將補償系數A IP、i])A和ife作為 決策變量，以電壓不平衡度e和功率因數PF與A IP、itA和ite的不等式作為約束條件，對決策變 量A Ip、如和!te進行微分進化尋優計算，獲得優化控制信號。
[0029] 作為本發明進一步的改進，步驟4中，所述電壓恒定控制方法具體為：
[0030] 采集兩供電臂母線電壓的有效值山和1]2,當山或1]2超過國家標準規定的上限或下 限時，增加電壓不平衡度給定值八或減少功率因數給定值PF'然后將修改后的A或PF^t 回所述多源優化控制模塊，從而計算出新的優化控制信號。
[0031 ]作為本發明進一步的改進，步驟4中，所述高次諧波諧振抑制方法具體為：
[0032]首先，檢測所述牽引變壓器牽引側的k相饋線電壓vfk，將其生成vfk的正交量v fk丄， 并將其通過鎖相環電網的頻率信號得到的Vfk、Vfkl變換至d、q坐標系，經過高通濾波器HPF， 再經過r 1 ( ? d)獲得饋線電壓的高頻分量Vfhk、Vfhkl，得到變流器的高頻補償電流ichk，其 中，k為1或2;
[0033]其次，將檢測回來的各種諧波電壓平方值vfnk2與對應的諧波電壓總畸變率THDJ的 諧波電壓平方值VfnP進行運算調整，得到各次諧波電壓分量的導納值，分配至各次諧波篩 選回路，達到高次諧波諧振抑制，其中，Vf nz=Vf lk x THDn' Vf lk為k相饋線基波電壓有效值。 [0034]本發明的有益效果為：
[0035] 1、本發明通過能量存儲與變換器可以迅速存儲兩供電臂上的再生制動能量，并在 需要時，向兩供電臂的牽引機車釋放能量，提高了牽引變電所的經濟效益;通過再生制動能 量實時可控存儲和釋放，提高了牽引變電所供電能力;通過平抑再生制動能量沖擊，提高了 牽引供電系統安全性和穩定性；
[0036] 2、本發明的能量存儲模塊實時對牽引機車再生制動能量可控存儲和釋放，高效利 用再生制動能量，同時也能在無牽引負荷時蓄電，優先谷時充電蓄能、峰時放電供能，實現 削峰填谷及需求側響應的智慧用能管理；
[0037] 3、本發明的綜合優化控制方法不僅可以實現牽引變電所負序、無功、諧波和電壓 波動及偏差的綜合治理，還能實現兩供電臂多源實時功率最優運行，從而減少裝置運行電 流和損耗，并可以抑制牽引變電所高次諧波諧振；
[0038] 4、本發明適用于各種供電方式，如直接供電方式、帶回流線的直接供電方式、自耦 變壓器AT供電方式、吸流變壓器BT供電方式等，同時，本發明還適用各種牽引變壓器，如單 相V/V變壓器、三相V/V變壓器、V/x變壓器、Scott變壓器、阻抗匹配平衡變壓器、YNdll變壓 器、全三相A A變壓器等，具有良好的工業應用前景。
【附圖說明】
[0039] 圖1為本發明實施例所述的一種統一能量控制系統的結構示意圖；
[0040] 圖2為本發明實施例所述的一種統一能量控制系統的綜合優化控制方法的實現原 理圖。
【具體實施方式】
[0041] 下面通過具體的實施例并結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。
[0042] 實施例1，如圖1所示，本發明實施例的一種統一能量控制系統，包括：
[0043] 單相多繞組隔離變壓器，其接入牽引變壓器的供電臂，并進行隔離降壓。兩個單相 多繞組隔離變壓器T1和T2的高壓側通過連接開關QF1和QF2分別接入牽引變壓器的兩供電 臂，T1和T2的低壓側包括至少一個低壓繞組。
[0044] 能量存儲與變換器，其用于實時存儲牽引機車的制動能量，并控制存儲能量的釋 放，實現兩供電臂的有功功率雙向流通，并補償兩供電臂的無功功率。能量存儲與變換器包 括兩個能量存儲與變換子模塊，能量存儲與變換子模塊的兩輸入側分別連接單相多繞組隔 離變壓器對應的副邊繞組，每個能量存儲與變換子模塊包括一個能量存儲模塊和兩個雙向 AC-DC變換器，能量存儲模塊與兩個雙向AC-DC變換器相連。能量存儲模塊實時對牽引機車 再生制動能量進行存儲和釋放，在無牽引負荷時蓄電、優先谷時充電蓄能、峰時放電供能。 能量存儲模塊包括超級電容、電化學電池或它們的組合或其它能量存貯單元。
[0045] 測量電路，其對牽引變壓器電網側的三相電壓UABC和三相電流iABC、牽引變壓器牽 引側的兩相饋線電壓m、u#P兩相饋線電流i sl、is2分別進行采樣。測量電路的輸入端與牽引 變壓器電網側和牽引變壓器牽引側相連。
[0046]綜合優化控制器，其接收測量電路采樣的數據并進行綜合優化計算，產生優化控 制信號。綜合優化控制器的輸入端與測量電路的輸出端相連，綜合優化控制器包括狀態監 測模塊、多源優化控制模塊、電壓恒定控制模塊和高次諧波諧振抑制模塊，測量電路與狀態 監測模塊相連，狀態監測模塊分別與多源優化控制模塊、電壓恒定控制模塊、高次諧波諧振 抑制模塊相連。狀態監測模塊用于接收采樣數據，多源優化控制模塊用于實現多源優化控 制，電壓恒定控制模塊用于實現電壓恒定控制，高次諧波諧振抑制模塊用于實現高次諧波 諧振的抑制。
[0047] 能量存儲與變換控制器，其輸入端與綜合優化控制器的輸出端相連，能量存儲與 變換控制器的輸出端與雙向AC-DC變換器相連，能量存儲與變換控制器接收綜合優化控制 器產生的優化控制信號，根據能量存儲模塊狀態為雙向AC-DC變換器提供補償功率調制信 號，從而控制流入、流出或流經能量存儲模塊的功率。
[0048] 濾波器，用于濾除負載產生的諧波電流，并實現兩供電臂的無功補償。兩個濾波器 Fcl和Fc2通過連接開關QF3和QF4分別接入牽引變壓器的兩供電臂，每個濾波器包括至少一 路濾波支路。
[0049] 其中，牽引變壓器電網側采用直接供電方式、帶回流線的直接供電方式、自耦變壓 器(AT)供電方式或吸流變壓器(BT)供電方式等多種供電方式進行供電。牽引變壓器采用單 相V/V變壓器、三相V/V變壓器、V/x變壓器、Scott變壓器、阻抗匹配平衡變壓器、YNdll變壓 器或全三相A A變壓器等多種變壓器。
[0050] 本實施例通過能量存儲與變換器實現能量存儲與變換。系統首先結合饋線電壓和 電流實時數據，確定能量存儲模塊是否進入充電狀態、放電狀態和保持待機狀態，然后選擇 相應的能量控制方法，包括充電控制、放電控制和待機控制，最后結合綜合優化控制器產生 的優化控制信號，獲得雙向AC-DC變換器調制信號，從而控制流入、流出或流經所述能量存 儲模塊的功率。
[0051] 實施例2,如圖2所示，本發明還提供了一種統一能量控制系統的綜合優化控制方 法，該方法包括以下步驟：
[0052] 步驟1，在每個采樣周期的起始點，測量電路對牽引變壓器電網側的三相電壓UABC、 三相電流iABC及牽引變壓器牽引側的兩相饋線電壓m、u4P兩相饋線電流i sl、is2分別進行采 樣，并將采樣數據輸入狀態監測模塊；
[0053] 步驟2,將三相電壓不平衡度給定值、功率因數給定值PF*和兩相饋線電壓給定 值U\2輸入狀態監測模塊，采用快速傅立葉算法和瞬時功率算法，獲得牽引變壓器電網側 和牽引變壓器牽引側實時數據及運行狀態；
[0054]步驟3,將牽引變壓器電網側和牽引變壓器牽引側的實時數據及運行狀態輸入多 源優化控制模塊、電壓恒定控制模塊和高次諧波諧振抑制模塊；
[0055] 步驟4,綜合優化控制器根據接收到的實時數據及運行狀態進行判斷，選取優化控 制方法，得到優化控制信號，具體如下：
[0056] 當接收到的實時數據及運行狀態正常時，多源優化控制模塊采用多源優化控制方 法，產生優化控制信號，控制兩供電臂潮流，保證兩供電臂多源實時功率最優運行；
[0057] 當接收到的實時數據及運行狀態不正常時，電壓恒定控制模塊和高次諧波諧振抑 制模塊分別進行判斷，并進行相應的控制得到控制信號，多源優化控制模塊綜合電壓恒定 控制模塊和高次諧波諧振抑制模塊的控制信號，產生優化控制信號，具體包括：
[0058] 如果電壓恒定控制模塊判斷牽引變壓器牽引側的兩相饋線電壓不滿足運行要求， 電壓恒定控制模塊采用電壓恒定控制方法，將牽引變壓器牽引側的兩相饋線電壓最優為優 化目標，動態調整多源優化控制方法的約束條件，得到調節信號，實現電壓恒定控制；
[0059] 如果高次諧波諧振抑制模塊判斷發生高次諧波諧振，高次諧波諧振抑制模塊采用 高次諧波諧振抑制方法動態調整多源優化控制方法的控制目標，將統一能量控制系統控制 成線路等效特征阻抗，產生諧振抑制的調節信號，抑制兩供電臂線路的高次諧波諧振；
[0060] 多源優化控制模塊綜合電壓恒定控制模塊和高次諧波諧振抑制模塊的調節信號， 產生優化控制信號；
[0061] 步驟5,將優化控制信號輸入能量存儲與變換控制器，得到能量存儲模塊的補償功 率，包括流入、流出或流經能量存儲模塊的功率，并根據能量存儲模塊狀態產生雙向AC-DC 變換器的補償功率調制信號；
[0062] 步驟6,將補償功率調制信號輸入雙向AC-DC變換器，產生調制信號輸入能量存儲 與變換器中第一觸發電路（圖2中的1 #觸發電路)和第二觸發電路(圖2中的2#觸發電路），分 別控制第一雙向AC-DC變換器（圖2中的1#雙向AC-DC變換器)和第二雙向AC-DC變換器（圖2 中的2#雙向AC-DC變換器)的運行，從而控制流入、流出或流經能量存儲模塊的功率，實現牽 引機車再生制動能量的充放電。
[0063] 其中，
[0064] 步驟4中，多源優化控制方法采用微分進化優化算法，具體為：
[0065] 將能量存儲模塊的補償功率&作為目標函數，將補償系數A IP、itA和_作為決策變 量，以電壓不平衡度e和功率因數PF與A IP、如和!te的不等式作為約束條件，得到多源優化控 制數學模型；
[0069]模型中，山表示第一供電臂的饋線電壓，1]2表示第二供電臂的饋線電壓，A Ip表示 兩供電臂間轉移的有功電流分量，IlP1表不第一供電臂的負載有功電流分量，IlP2表不第二 供電臂的負載有功電流分量，iLql表不第一供電臂的負載無功電流分量，lLq2表不第二供電 臂的負載無功電流分量，如表示第一供電臂的饋線電流與饋線電壓的相位角，_表示第二供 電臂的饋線電流與饋線電壓的相位角，表示電壓不平衡度給定值，PF$表示功率因數給定 值，Xn表示牽引變壓器二次側與第一供電臂的相連的繞組漏抗，X T2表示牽引變壓器二次側 與第二供電臂的相連的繞組漏抗，Isl表示牽引變壓器二次側與第一供電臂的相連的繞組電 流，I s2表示牽引變壓器二次側與第二供電臂的相連的繞組電流，Umax表示供電臂饋線電壓跌 落最大設定值，gl表示功率因數約束條件，g2表示電壓不平衡度約束條件，g3表示功率傳輸 約束條件，g4表示第一供電臂的饋線電壓跌落約束條件，g5表示表示第二供電臂的饋線電 壓跌落約束條件；
[0070] 根據上述多源優化控制數學模型，對決策變量A IpjA和進行微分進化尋優計 算。
[0071 ]步驟4中，電壓恒定控制方法具體為：
[0072]采集兩供電臂母線電壓的有效值山和1]2,當山或1]2超過國家標準規定的上限或下 限時，增加上述多源優化控制數學模型中的電壓不平衡度給定值，uS減少功率因數給定值 PF%然后將修改后的，uSP產送回上述多源優化控制數學模型，從而計算出新的優化控制 信號。
[0073]步驟4中，高次諧波諧振抑制方法具體為：
[0074]首先，檢測牽引變壓器牽引側的k相饋線電壓vfk，將其生成vfk的正交量v fk丄，并將 其通過鎖相環電網的頻率信號得到的Vfk、Vfkl變換至d、q坐標系，經過高通濾波器HPF，再經 過r 1 ( ? it)獲得饋線電壓的高頻分量Vfhk、Vfhkl，得到變流器的高頻補償電流id*，其中，k為 1或2;
[0075] 其次，將檢測回來的各種諧波電壓平方值vfnk2與對應的諧波電壓總畸變率THD，的 諧波電壓平方值VfnP進行運算調整，得到各次諧波電壓分量的導納值，分配至各次諧波篩 選回路，達到高次諧波諧振抑制，其中，vf nZ=Vf lk X THDn' Vf lk為k相饋線基波電壓有效值。
[0076] 上述第二實施例中的統一能量控制系統包括一個能量存儲與變換子模塊。如果統 一能量控制系統包括兩個能量存儲與變換子模塊，此時，包括兩個能量存儲模塊和四個雙 向AC-DC變換器，本發明的統一能量控制系統的綜合優化控制方法同樣適用，無需增加能量 存儲與變換器中的觸發電路。圖2中的1#觸發電路分別控制第一能量存儲與變換子模塊的 第一雙向AC-DC變換器和第二能量存儲與變換子模塊的第一雙向AC-DC變換器的運行，2#觸 發電路分別控制第一能量存儲與變換子模塊的第二雙向AC-DC變換器和第二能量存儲與變 換子模塊的第二雙向AC-DC變換器的運行。同理，對于多個能量存儲與變換子模塊時，只需 調整1 #觸發電路和2#觸發電路引腳，讓1 #觸發電路分別控制多個能量存儲與變換子模塊中 的一個雙向AC-DC變換器的運行，2#觸發電路分別控制多個能量存儲與變換子模塊中的另 一個雙向AC-DC變換器的運行即可。
[0077] 以上僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人 員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、 等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種統一能量控制系統，其特征在于，包括： 單相多繞組隔離變壓器，其接入牽引變壓器的供電臂，兩個所述單相多繞組隔離變壓 器的高壓側通過連接開關分別接入所述牽引變壓器的兩供電臂，所述單相多繞組隔離變壓 器的低壓側包括至少一個低壓繞組，所述單相多繞組隔離變壓器用于接入供電臂并隔離降 壓； 能量存儲與變換器，其包括至少一個能量存儲與變換子模塊，所述能量存儲與變換子 模塊的兩輸入側分別連接所述單相多繞組隔離變壓器對應的副邊繞組，所述能量存儲與變 換子模塊包括一個能量存儲模塊和兩個雙向AC-DC變換器，所述能量存儲模塊與兩個所述 雙向AC-DC變換器相連，所述能量存儲模塊實時對牽引機車再生制動能量進行存儲和釋放， 在無牽引負荷時蓄電、優先谷時充電蓄能、峰時放電供能，所述能量存儲與變換器用于實時 存儲牽引機車的制動能量，并控制存儲能量的釋放，實現兩供電臂的有功功率雙向流通，并 補償兩供電臂的無功功率； 測量電路，其輸入端與所述牽引變壓器電網側和所述牽引變壓器牽引側相連，所述測 量電路對所述牽引變壓器電網側的三相電壓和三相電流、所述牽引變壓器牽引側的兩相饋 線電壓和兩相饋線電流進行采樣； 綜合優化控制器，其輸入端與所述測量電路的輸出端相連，所述綜合優化控制器包括 狀態監測模塊、多源優化控制模塊、電壓恒定控制模塊和高次諧波諧振抑制模塊，所述測量 電路與所述狀態監測模塊相連，所述狀態監測模塊分別與所述多源優化控制模塊、所述電 壓恒定控制模塊、所述高次諧波諧振抑制模塊相連，所述綜合優化控制器接收所述測量電 路采樣的數據并進行優化計算，產生優化控制信號； 能量存儲與變換控制器，其輸入端與所述綜合優化控制器的輸出端相連，所述能量存 儲與變換控制器的輸出端與所述雙向AC-DC變換器相連，所述能量存儲與變換控制器接收 所述綜合優化控制器產生的優化控制信號，根據所述能量存儲模塊狀態為所述雙向AC-DC 變換器提供補償功率調制信號，從而控制流入、流出或流經所述能量存儲模塊的功率。2. 根據權利要求1所述的統一能量控制系統，其特征在于，還包括兩個濾波器，兩個所 述濾波器通過連接開關分別接入所述牽引變壓器的兩供電臂，所述濾波器用于濾除負載產 生的諧波電流，并實現兩供電臂的無功補償。3. 根據權利要求2所述的統一能量控制系統，其特征在于，所述濾波器包括至少一路濾 波支路。4. 根據權利要求1所述的統一能量控制系統，其特征在于，所述能量存儲模塊包括超級 電容、電化學電池或它們的組合或其它能量存貯單元。5. 根據權利要求1所述的統一能量控制系統，其特征在于，所述牽引變壓器電網側采用 直接供電方式、帶回流線的直接供電方式、自耦變壓器AT供電方式或吸流變壓器BT供電方 式進行供電。6. 根據權利要求5所述的統一能量控制系統，其特征在于，所述牽引變壓器采用單相V/ V變壓器、三相V/v變壓器、V/x變壓器、Scott變壓器、阻抗匹配平衡變壓器、YNdll變壓器或 全三相Δ/φ變壓器。7. -種如權利要求1所述的統一能量控制系統的綜合優化控制方法，其特征在于，該方 法包括以下步驟： 步驟I，在每個采樣周期的起始點，所述測量電路對所述牽引變壓器電網側的三相電壓 UABC、三相電流iABC及所述牽引變壓器牽引側的兩相饋線電壓Ul、U2和兩相饋線電流isl、is2分 別進行采樣，并將采樣數據輸入所述狀態監測模塊； 步驟2,將三相電壓不平衡度給定值4、功率因數給定值PF*和兩相饋線電壓給定值U\2 輸入所述狀態監測模塊，采用快速傅立葉算法和瞬時功率算法，獲得所述牽引變壓器電網 側和所述牽引變壓器牽引側實時數據及運行狀態； 步驟3,將所述牽引變壓器電網側和所述牽引變壓器牽引側的實時數據及運行狀態輸 入所述多源優化控制模塊、所述電壓恒定控制模塊和所述高次諧波諧振抑制模塊； 步驟4,所述綜合優化控制器根據接收到的實時數據及運行狀態進行判斷，選取優化控 制方法，得到優化控制信號，具體如下： 當接收到的實時數據及運行狀態正常時，所述多源優化控制模塊采用多源優化控制方 法，產生優化控制信號，控制兩供電臂潮流，保證兩供電臂多源實時功率最優運行； 當接收到的實時數據及運行狀態不正常時，所述電壓恒定控制模塊和所述高次諧波諧 振抑制模塊分別進行判斷，并進行相應的控制得到控制信號，所述多源優化控制模塊綜合 所述電壓恒定控制模塊和所述高次諧波諧振抑制模塊的控制信號，產生優化控制信號，具 體包括： 如果所述電壓恒定控制模塊判斷所述牽引變壓器牽引側的兩相饋線電壓不滿足運行 要求，所述電壓恒定控制模塊采用電壓恒定控制方法，動態調整所述多源優化控制方法的 約束條件，得到調節信號，實現電壓恒定控制； 如果所述高次諧波諧振抑制模塊判斷發生高次諧波諧振，所述高次諧波諧振抑制模塊 采用高次諧波諧振抑制方法動態調整所述多源優化控制方法的控制目標，將所述統一能量 控制系統控制成線路等效特征阻抗，產生諧振抑制的調節信號，抑制兩供電臂線路的高次 諧波諧振； 所述多源優化控制模塊根據所述電壓恒定控制模塊和所述高次諧波諧振抑制模塊的 調節信號，調整多源優化控制參數，產生優化控制信號； 步驟5，將所述優化控制信號輸入所述能量存儲與變換控制器，得到所述能量存儲模塊 的補償功率，包括流入、流出或流經所述能量存儲模塊的功率，并根據所述能量存儲模塊狀 態產生所述雙向AC-DC變換器的補償功率調制信號； 步驟6,將所述補償功率調制信號輸入所述雙向AC-DC變換器，產生調制信號輸入所述 能量存儲與變換器中的觸發電路，控制所述雙向AC-DC變換器的運行，從而控制流入、流出 或流經所述能量存儲模塊的功率，實現牽引機車再生制動能量的充放電。8. 根據權利要求7所述的綜合優化控制方法，其特征在于，步驟4中，所述多源優化控制 方法采用微分進化優化算法，具體為： 將所述能量存儲模塊的補償功率&作為目標函數，將補償系數△ Ιρ、Φα和Φβ作為決策變 量，以電壓不平衡度ε和功率因數PF與△ Ιρ、Φα和Φβ的不等式作為約束條件，對決策變量Δ Ip、Φα和Φβ進行微分進化尋優計算，獲得優化控制信號。9. 根據權利要求7所述的綜合優化控制方法，其特征在于，步驟4中，所述電壓恒定控制 方法具體為： 采集兩供電臂母線電壓的有效值山和1]2，當山或他超過國家標準規定的上限或下限時， 增加電壓不平衡度給定值A或減少功率因數給定值PF'然后將修改后的A或PFl回所述 多源優化控制模塊，從而計算出新的優化控制信號。10.根據權利要求7所述的綜合優化控制方法，其特征在于，步驟4中，所述高次諧波諧 振抑制方法具體為： 首先，檢測所述牽引變壓器牽引側的k相饋線電壓vfk，將其生成Vfk的正交量Vfk丄，并將 其通過鎖相環電網的頻率信號得到的Vfk、Vfkl變換至d、q坐標系，經過高通濾波器HPF，再經 過Γ 1 ( ω lt)獲得饋線電壓的高頻分量Vfhk、Vfhkl，得到變流器的高頻補償電流Lhk，其中，k為 1或2; 其次，將檢測回來的各種諧波電壓平方值Vf nk2與對應的諧波電壓總畸變率THD^的諧波 電壓平方值Vfn^2進行運算調整，得到各次諧波電壓分量的導納值，分配至各次諧波篩選回 路，達到高次諧波諧振抑制，其中，Vfr^=V flkXTHDn'Vflk為k相饋線基波電壓有效值。
【文檔編號】H02J3/12GK105958521SQ201610378135
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】羅隆福, 周冠東, 陳躍輝, 羅培, 嚴文交, 張志文, 馬芳
【申請人】湖南華大紫光科技股份有限公司