地铁供电系统电能质量控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力系统电能质量控制和治理领域，具体设及一种地铁供电系统电能 质量控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国城市规模的不断扩大，人员出行频繁，交通需求量急剧增长，城市交通供 需矛盾日趋紧张，地面交通已无法满足当前的交通需求量。地铁作为目前世界上最经济和 高效的城市交通工具之一，在我们各大中城市得到了迅速的发展。
[0003] 我国地铁供电系统主要由主变电所、牵引变电所、整流系统和动力照明系统几部 分组成。由于地铁供电系统中牵引负荷波动性大W及地铁供电系统采用电缆连接，给城市 电网带来谐波及无功倒送等一系列不利因素。地铁一般处于人口密集的城市之中，城市电 网一旦发生事故，会对整个城市的电力供应带来很大影响。对于地铁供电系统，当系统负荷 较重时，系统的功率因数比较高但谐波含量也比较高；当系统处于轻载或者停载时，系统的 谐波含量较低但功率因数比较低，可能还伴有大量的容性无功倒送。目前，抑制地铁供电系 统中谐波和补偿地铁供电系统中无功的方法主要为:在低压配电系统中安装有源滤波器和 电力电容无功补偿装置分别抑制谐波和补偿无功功率。由于对地铁供电系统中谐波抑制和 无功补偿是单独进行的，没有按照统一的物理模型进行综合治理，常出现顾此失彼的情况， 造成经济成本增加，安装和维护的工作量大，而且还会对城市电网形成安全隐患。
【发明内容】
[0004] 为此，本发明提出一种地铁供电系统电能质量控制系统及方法，其可W解决现有 技术中不能对地铁供电系统中的谐波和无功进行综合治理的技术问题。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] -种地铁供电系统电能质量控制系统，包括：
[0007] 采集装置，用于采集高压侧和低压侧的电压和电流；
[000引有源滤波器，用于根据采集到的电压和电流，计算得到谐波电流补偿值和无功电 流补偿值，所述谐波电流补偿值等于高压侧的谐波电流分量与低压侧的谐波电流分量之和 的相反数，所述无功电流补偿值等于高压侧的无功电流分量与低压侧的无功电流分量之和 的相反数；
[0009] 监控装置，用于根据所述谐波电流补偿值、所述无功电流补偿值和所述有源滤波 器的额定容量，确定所述有源滤波器的工作模式;还用于根据所述有源滤波器的工作模式、 所述谐波电流补偿值和所述无功电流值生成电流补偿指令并发送至所述有源滤波器。
[0010] 优选地，所述采集装置包括：
[001 1 ] 局压义集单兀，用于义集局压侧的二相电压Ual、Ubl、Ucl和二相电流ial、ibl、icl ;和 [001^ 低压采集单元，用于采集低压侧负载的S相电压1132、化2、山2和；相电流132、：^2、 ic2；
[0013] 其中，电压信号和电流信号均同步采集。
[0014] 优选地，所述有源滤波器包括：
[0015] 计算谐波分量和无功分量单元，用于根据采集到的高压侧的Ξ相电压和Ξ相电 流，计算得到高压侧S相电流的谐波分量iahi、ibhi和ichi，W及高压侧；相电流的无功分量 iaql、ibql和icql;还用于根据采集到的低压侧的；相电压和；相电流，计算得到低压侧立相 电流的谐波分量iah2、ibh2和ich2，W及低压侦?|Ξ相电流的无功分量iaq2、ibq2和icq2 ;
[0016] 计算谐波电流补偿值和无功电流补偿值单元，用于根据高压侧和低压侧Ξ相电流 的谐波分量，得到所述谐波电流补偿值：i*cah = -iahl-iah2、i*cbh = -ibhl-ibh2和i*cch = -ichl-i。h2;根据高压侧和低压侧ミ相电流的无功分量，得到所述无功电流补偿值：托aq=-iaql- iaq2、i cbq二-ibql-ibq2和i ccq二-icql -icq2。
[0017] 优选地，所述监控装置包括：
[0018] 生成电流补偿指令单元，用于根据有源滤波器的工作模式、所述谐波电流补偿值 和所述无功电流补偿值生成电流补偿指令并发送至所述有源滤波器，所述电流补偿指令 为：i*ca = AX i*cah+BX i*caq; i*cb = AX i*cbh+BX i*cbq; i*cc = AX i*cch+BX i*ccq，其中，0 < A。， 0 < B ^ 1，A和B的具体取值由有源滤波器工作模式确定单元确定；
[0019] 有源滤波器工作模式确定单元，用于根据所述谐波电流补偿值、所述无功电流补 偿值和所述有源滤波器的额定容量，计算谐波比例趾和无功比例时并确定所述有源滤波器 的工作模式，其中，
[0020] 当所述谐波比例趾含100%时，所述有源滤波器工作于只补谐波模式，A和B的取值 为:A=1，B = 0;
[0021] 当所述谐波比例100% >趾>第一阔值时，所述有源滤波器工作于谐波优先模式， A和B的取值为:0<B<A<1;
[0022] 当所述谐波比例第一阔值 > 趾 > 第二阔值且所述无功比例时>第^阔值时，或者 所述谐波比例趾< 第二阔值且所述无功比例时<100%时，所述有源滤波器均工作于无功 优先模式，A和B的取值为:0<A<B<1;
[0023] 当所述谐波比例第一阔值 > 趾 > 第二阔值且所述无功比例时 < 第司罰值时，所述 有源滤波器工作于全补偿模式，A和B的取值为:A= 1，B = 1;
[0024] 当所述谐波比例趾<第二阔值且所述无功比例Kq MOO%时，所述有源滤波器工 作于只补无功模式，A和B的取值为:A = 0，B = 1;
[0025] 优选地，所述计算谐波分量和无功分量单元基于瞬时无功理论计算谐波分量和无 功分量。
[0026] -种地铁供电系统电能质量控制方法，包括如下步骤：
[0027] 获取高压侧和低压侧的电压和电流；
[0028] 根据获取到的电压和电流，计算得到谐波电流补偿值和无功电流补偿值，所述谐 波电流补偿值等于高压侧的谐波电流分量与低压侧的谐波电流分量之和的相反数，所述无 功电流补偿值等于高压侧的无功电流分量与低压侧的无功电流分量之和的相反数；
[0029] 获取有源滤波器的额定容量；
[0030] 根据所述谐波电流补偿值、所述无功电流补偿值和所述有源滤波器的额定容量， 确定所述有源滤波器的工作模式；
[0031] 根据所述有源滤波器的工作模式、所述谐波电流补偿值和所述无功电流值生成电 流补偿指令并发送至所述有源滤波器。
[0032] 优选地，所述获取高压侧和低压侧的电压和电流的步骤包括：
[0033] 获取高压侧的Ξ相电压Ual、化1、Ucl和Ξ相电流ial、ibl、icl;和
[0034] 获取低压侧负载的Ξ相电压化2、化2、山2和^相电流132、山、1。2;
[0035] 其中，电压信号和电流信号均同步采集。
[0036] 优选地，所述计算谐波电流补偿值和无功电流补偿值的步骤包括：
[0037] 根据获取到的高压侧的Ξ相电压和Ξ相电流，计算得到高压侧Ξ相电流的谐波分 量iahl、i化1和ichl，W及高压侦US相电流的无功分量iaql、ibql和icql ;并根据获取到的低压侦J 的Ξ相电压和Ξ相电流，计算得到低压侧Ξ相电流的谐波分量iah2、ibh2和ich2，W及低压侧 Ξ相电流的无功分量iaq2、ibq2和icq2 ;
[0038] 根据高压侧和低压侧S相电流的谐波分量，得到所述谐波电流补偿值：i*cah = -iahl-iah2、i*cbh = -ibhl-ibh2和i*cch = -ichl-ich2;根据高压侧和低压侧Ξ相电流的无功分量，得 到所述无功电流补偿值：i*Gaq = -iaql-iaq2、i*Gbq = -ibql-ibq2 和 i*GGq = -iGql-icq2。
[0039] 优选地，所述根据有源滤波器的工作模式、所述谐波电流补偿值和所述无功电流 补偿值生成电流补偿指令的步骤包括：
[0040] 戶片述电流补偿指令为；i*ca = AX i*cah+BX i*caq; i*cb = AX i*cbh+BX i*cbq; i*cc = AX i*cch+BX i*ccq，其中，0含A^，0非。，A和B的具体取值由有源滤波器工作模式确定；
[0041] 所述根据所述谐波电