电力牵引系统的预测型谐波电流检测方法研究

 铁路电气化牵引以其篼速、重载、节约一次能源和减轻环境污染等优点被越来越广泛地应用在现代铁路运输中。但是，电力牵引负荷是一种波动性很大的单相大功率整流负荷，是目前电力系统中*严重的谐波源之一。为了减轻牵引负荷对电力系统的不利影响，需要在电铁牵引站牵引臂出口处安装滤波器吸收其产生的谐波电流。 传统的无源滤波器由于自身缺陷已不能满足电力牵引负荷的滤波要求。近年来迅速发展起来的有源电力滤波器（APF）由于拥有诸多优点而得到越来越广泛的重视和应用。APF是一种主动进行补偿的设备，它通过检测环节计算出负载的谐波电其中流，然后控制主电路输出，提供与负载谐波电流反相的补偿电流来消除谐波。其中，谐波电流的实时检测无疑是保证APF补偿特性的重要环节。 对于谐波电流检则，目前应用较多的是基于瞬时无功功率理论的检测方法和基于dqO系统的广义瞬时无功功率的检测方法，近期又提出了基于人工神经网络的自适应谐波检测方法等。它们主要存在两方面问题：一是由于采样及计算的时间延迟，无法实现真正的实时检测；二是牵引负荷变化较快，是强时变性负载。前两种检测方法均含有低通滤波器，后者需要符合实际的全面的训练样本，这对电流变化暂态过程存在明显时滞，都无法响应谐波电流的快速变化。 对于APF要做到实时补偿，需提前知道下一个开关时刻的谐波电流，但下一时刻尚未到来，实际中无法检测到该电流。据此，本文提出一种预测型谐波电流检测方法，通过预测环节可以较为准确地得到未来时刻的谐波电流，且能够跟踪负荷的快速变化，待下一时刻到来时实现实时控制，即所谓的无差拍控制。 2单相电路谐波电流检测原理考察基于瞬时无功功率理论的三相电路谐波电流检测方法，发现总是先将检测到的三相信号变为相互垂直的坐标系中的两相信号，然后再进一步计算。对于单相电路，将上述方法简化，只需再构造一相电流与实际的电流滞后TV4（这里了为工频周期），直接形成假设的两相坐标系信号即可。 设单相电路电流瞬时值为一以上各，sina>r和costwi是电压信号经过过零同步和锁相环得到的标准正弦信号。变量上面的“-” 表示直流分量，“”表示交流分量，ip和〗q分别表示电流的有功和无功直流分量。对iP和L作与式对应的反变换即可得到基波电流。和… f.从全电流中减去基波分量便得到谐波电流分量ish=K-Ki（7）基于上述方法的单相电路谐波电流检测原理如所示。其中，厂“是滞后了/4环节，C22及C3如式（8）所示3预测型谐波电流检测算法本文提出一种预测型谐波电流检测算法来解决前述时间延迟问题，以实现快速跟踪，其实现原理如所示，其中，ia是通过传感器检测得到的负载电流，PM为一预测环节。 预测型单相电路谐波电流检测原理3.1负荷电流渐变情况k周期内的采样点序列+1点的预测值GU+1）由两部分组成：hU固定分量，i2U+l）为扰动分量。 对于固定分量，负荷电流渐变时，考虑其周期性特点，本文采用线性外推算法，则有对于扰动分量，其变化与此前的几个采样点密切相关，为提高计算精度，采用二阶外推算法。 3.2负荷电流剧烈变化情况根据机车运行状况以及供电臂上的机车数目不同，牵引负荷的大小常会有一些剧烈变化，此时的谐波电流分量也剧烈变化，对其预测算法需做一些修正。计算表明，当电力机车总电流发生一定变化时，其基波分量也有与之相似的变化，当电力机车经过分区亭时，对于牵引供电系统某一供电臂，瞬间增加一辆机车或减少一辆机车，其牵引臂负荷电流表现出台阶变化的特点此时，可对前述环节用下面方法进行处理。 经过这种处理后，预测出的谐波电流可以快速跟踪负荷变化，解决了一般低通滤波器的滞后效应。 在实际计算中，首先由，他们均含有3、5、7、9、11次等谐波分量，b和b表示了在不同变化情况下用常规算法和预测算法检测到的谐波电流结果。由可见，当负载电流渐变性变化时，采用预测算法得到的谐波电流与理论谐波电流基本吻合，而常规算法则存在较大误渐变性变化的负荷电流模型含有剧烈变化的负荷电流模型（电流在1/4周期内增加了1倍）差。表明，当负载电流剧烈变化时，常规算法得到的谐波电流大约存在一个周期的时滞，而采用预测算法则基本没有时滞。 5结论本文提出了一种预测型谐波电流检测方法。理况仍能给出准确的预测值，并且克服了其他方法存在的时滞问题，为有源滤波系统滤除谐波电流奠定了基础。这种谐波检测方法可用于一般整流负荷以及电力牵引负荷等的谐波电流检测。