本發(fā)明涉及電氣化鐵路
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體而言，涉及一種統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：目前，我國(guó)電力機(jī)車普遍采用能耗制動(dòng)和再生制動(dòng)兩種制動(dòng)方式。能耗制動(dòng)主要用于交直型機(jī)車，再生制動(dòng)主要用于交直交型機(jī)車。隨著我國(guó)電氣化鐵路高速重載化的發(fā)展，交直交機(jī)車已經(jīng)成為主要發(fā)展方向。由于再生制動(dòng)功率很大，因此如何處理再生制動(dòng)能量已經(jīng)成為不容忽視的問(wèn)題。目前，一般是將電力機(jī)車再生制動(dòng)能量直接回饋至電網(wǎng)，這將引起接觸網(wǎng)電壓升高，并可能造成牽引變電所保護(hù)誤動(dòng)作及對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。另外，隨著我國(guó)電氣化鐵路的迅速發(fā)展，由電氣化鐵路負(fù)荷特性和牽引變壓器接線型式等原因引起的負(fù)序、無(wú)功、諧波和饋線電壓波動(dòng)及偏差等電能質(zhì)量問(wèn)題日益突出，這些問(wèn)題不僅影響牽引供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，也為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患。治理高次諧波的方法主要有無(wú)源濾波和有源濾波(APF)，源濾波成本高，無(wú)源濾波損耗大，因此目前電氣化鐵路高次諧波諧振問(wèn)題還缺乏經(jīng)濟(jì)有效的處理方法。治理無(wú)功和饋線電壓波動(dòng)及偏差問(wèn)題主要采用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)和靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)，但在兩供電臂牽引負(fù)荷嚴(yán)重不對(duì)稱情況下，由于補(bǔ)償裝置容量有限，難以解決饋線電壓波動(dòng)及偏差問(wèn)題。鐵路功率調(diào)節(jié)器(RPC)能綜合解決負(fù)序和無(wú)功問(wèn)題，但是難以高效解決再生制動(dòng)能量利用問(wèn)題，雖然RPC能夠?qū)⒃偕苿?dòng)能量從一個(gè)供電臂傳送至另一個(gè)供電臂，但是由于RPC沒(méi)有大容量能量存儲(chǔ)裝置，如果在接收能量的供電臂上沒(méi)有牽引負(fù)荷，就無(wú)法高效利用再生制動(dòng)能量，最終還是只能回饋電網(wǎng)，造成浪費(fèi)和沖擊，難以滿足鐵路用戶需求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)，能夠高效利用電氣化鐵路再生制動(dòng)能量，在優(yōu)先谷時(shí)充電蓄能、峰時(shí)放電供能，實(shí)現(xiàn)削峰填谷及需求側(cè)響應(yīng)管理，提高供電能力并降低運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)能夠解決牽引供電系統(tǒng)電能質(zhì)量治理問(wèn)題，尤其是饋線電壓穩(wěn)定問(wèn)題和高次諧波諧振問(wèn)題，以滿足鐵路公司和電力部門的需求。本發(fā)明提供了一種統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)，包括：?jiǎn)蜗喽嗬@組隔離變壓器，其接入牽引變壓器的供電臂，至少一個(gè)所述單相多繞組隔離變壓器的高壓側(cè)通過(guò)連接開(kāi)關(guān)接入所述牽引變壓器的一個(gè)供電臂，所述單相多繞組隔離變壓器的低壓側(cè)包括至少一個(gè)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(chǔ)與變換器，其包括至少一個(gè)能量存儲(chǔ)與變換子模塊，所述能量存儲(chǔ)與變換子模塊的輸入側(cè)連接所述單相多繞組隔離變壓器對(duì)應(yīng)的副邊繞組，所述能量存儲(chǔ)與變換子模塊包括至少一個(gè)雙向AC-DC變換器、一個(gè)電容、一個(gè)雙向DC-DC變換器和一個(gè)能量存儲(chǔ)模塊，所述雙向AC-DC變換器的交流側(cè)與所述單相多繞組隔離變壓器對(duì)應(yīng)的副邊繞組連接，所述雙向AC-DC變換器的直流側(cè)與所述雙向DC-DC變換器的一側(cè)連接，所述雙向DC-DC變換器的另一側(cè)與所述能量存儲(chǔ)模塊連接，所述電容經(jīng)過(guò)所述雙向AC-DC變換器并聯(lián)在直流側(cè)，至少一個(gè)所述能量存儲(chǔ)與變換器的輸入側(cè)與所述單相多繞組隔離變壓器對(duì)應(yīng)的副邊繞組連接，所述能量存儲(chǔ)模塊實(shí)時(shí)對(duì)牽引機(jī)車再生制動(dòng)能量進(jìn)行存儲(chǔ)和釋放，在無(wú)牽引負(fù)荷時(shí)蓄電、優(yōu)先谷時(shí)充電蓄能、峰時(shí)放電供能，并補(bǔ)償供電臂的無(wú)功功率；測(cè)量電路，其輸入端與所述牽引變壓器電網(wǎng)側(cè)和所述牽引變壓器牽引側(cè)連接，所述測(cè)量電路對(duì)所述牽引變壓器電網(wǎng)側(cè)的三相電壓和三相電流、所述牽引變壓器牽引側(cè)的兩相饋線電壓和兩相饋線電流進(jìn)行采樣；綜合優(yōu)化控制器，其輸入端與所述測(cè)量電路的輸出端連接，所述綜合優(yōu)化控制器包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、多源優(yōu)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(cè)量電路與所述狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊連接，所述狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊分別與所述多源優(yōu)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連接，所述綜合優(yōu)化控制器接收所述測(cè)量電路采樣的數(shù)據(jù)并進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，產(chǎn)生優(yōu)化控制信號(hào)；能量存儲(chǔ)與變換控制器，其輸入端與所述綜合優(yōu)化控制器的輸出端連接，所述能量存儲(chǔ)與變換控制器的輸出端與所述雙向AC-DC變換器、所述雙向DC-DC變換器連接，所述能量存儲(chǔ)與變換控制器接收所述綜合優(yōu)化控制器產(chǎn)生的優(yōu)化控制信號(hào)，根據(jù)所述能量存儲(chǔ)模塊狀態(tài)為所述雙向AC-DC變換器和所述雙向DC-DC變換器提供補(bǔ)償功率調(diào)制信號(hào)，從而控制流入、流出或流經(jīng)所述能量存儲(chǔ)模塊的功率。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，還包括兩個(gè)濾波器，兩個(gè)所述濾波器通過(guò)連接開(kāi)關(guān)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(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，并實(shí)現(xiàn)兩供電臂的無(wú)功補(bǔ)償。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述濾波器包括至少一路濾波支路。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述能量存儲(chǔ)模塊包括超級(jí)電容、電化學(xué)電池或它們的組合或其它能量存貯單元。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述牽引變壓器電網(wǎng)側(cè)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(jìn)行供電。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，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、YNd11變壓器或全三相Δ/ψ變壓器。本發(fā)明還提供了一種統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)的綜合優(yōu)化控制方法，該方法包括以下步驟：步驟1，在每個(gè)采樣周期的起始點(diǎn)，所述測(cè)量電路對(duì)所述牽引變壓器電網(wǎng)側(cè)的三相電壓uABC、三相電流iABC及所述牽引變壓器牽引側(cè)的兩相饋線電壓u1、u2和兩相饋線電流is1、is2分別進(jìn)行采樣，并將采樣數(shù)據(jù)輸入所述狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊；步驟2，將三相電壓不平衡度給定值ε*u、功率因數(shù)給定值PF*和兩相饋線電壓給定值U*1,2輸入所述狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊，采用快速傅立葉算法和瞬時(shí)功率算法，獲得所述牽引變壓器電網(wǎng)側(cè)和所述牽引變壓器牽引側(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)；步驟3，將所述牽引變壓器電網(wǎng)側(cè)和所述牽引變壓器牽引側(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)輸入所述多源優(yōu)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(yōu)化控制器根據(jù)接收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，選取優(yōu)化控制方法，得到優(yōu)化控制信號(hào)，具體如下：當(dāng)接收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)正常時(shí)，所述多源優(yōu)化控制模塊采用多源優(yōu)化控制方法，產(chǎn)生優(yōu)化控制信號(hào)，控制兩供電臂潮流，保證兩供電臂多源實(shí)時(shí)功率最優(yōu)運(yùn)行；當(dāng)接收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)不正常時(shí)，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(jìn)行判斷，并進(jìn)行相應(yīng)的控制得到控制信號(hào)，所述多源優(yōu)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(hào)，產(chǎn)生優(yōu)化控制信號(hào)，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(cè)的兩相饋線電壓不滿足運(yùn)行要求，所述電壓恒定控制模塊采用電壓恒定控制方法，動(dòng)態(tài)調(diào)整所述多源優(yōu)化控制方法的約束條件，得到調(diào)節(jié)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電壓恒定控制；如果所述高次諧波諧振抑制模塊判斷發(fā)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(dòng)態(tài)調(diào)整所述多源優(yōu)化控制方法的控制目標(biāo)，將所述統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)控制成線路等效特征阻抗，產(chǎn)生諧振抑制的調(diào)節(jié)信號(hào)，抑制兩供電臂線路的高次諧波諧振；所述多源優(yōu)化控制模塊根據(jù)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(diào)節(jié)信號(hào)，調(diào)整多源優(yōu)化控制參數(shù)，產(chǎn)生優(yōu)化控制信號(hào)；步驟5，將所述優(yōu)化控制信號(hào)輸入所述能量存儲(chǔ)與變換控制器，得到所述能量存儲(chǔ)模塊的補(bǔ)償功率，包括流入、流出或流經(jīng)所述能量存儲(chǔ)模塊的功率，并根據(jù)所述能量存儲(chǔ)模塊狀態(tài)產(chǎn)生所述雙向AC-DC變換器和所述雙向DC-DC變換器的補(bǔ)償功率調(diào)制信號(hào)；步驟6，將所述補(bǔ)償功率調(diào)制信號(hào)輸入所述雙向AC-DC變換器和所述雙向DC-DC變換器，產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)輸入所述能量存儲(chǔ)與變換器中的觸發(fā)電路，控制所述雙向AC-DC變換器和所述雙向DC-DC變換器的運(yùn)行，從而控制流入、流出或流經(jīng)所述能量存儲(chǔ)模塊的功率，實(shí)現(xiàn)牽引機(jī)車再生制動(dòng)能量的充放電。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，步驟4中，所述多源優(yōu)化控制方法采用微分進(jìn)化優(yōu)化算法，具體為：將所述能量存儲(chǔ)模塊的補(bǔ)償功率SC作為目標(biāo)函數(shù)，將補(bǔ)償系數(shù)ΔIP、ψA和ψB作為決策變量，以電壓不平衡度和功率因數(shù)PF與ΔIP、ψA和ψB的不等式作為約束條件，對(duì)決策變量ΔIP、ψA和ψB進(jìn)行微分進(jìn)化尋優(yōu)計(jì)算，獲得優(yōu)化控制信號(hào)。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，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U1和U2，當(dāng)U1或U2超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限或下限時(shí)，增加電壓不平衡度給定值ε*u或減少功率因數(shù)給定值PF*，然后將修改后的ε*u或PF*送回所述多源優(yōu)化控制模塊，從而計(jì)算出新的優(yōu)化控制信號(hào)。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，步驟4中，所述高次諧波諧振抑制方法具體為：首先，檢測(cè)所述牽引變壓器牽引側(cè)的k相饋線電壓vfk，將其生成vfk的正交量vfk⊥，并將其通過(guò)鎖相環(huán)電網(wǎng)的頻率信號(hào)得到的vfk、vfk⊥變換至d、q坐標(biāo)系，經(jīng)過(guò)高通濾波器HPF，再經(jīng)過(guò)T-1(ω1t)獲得饋線電壓的高頻分量vfhk、vfhk⊥，得到變流器的高頻補(bǔ)償電流ichk，其中，k為1或2；其次，將檢測(cè)回來(lái)的各種諧波電壓平方值vfnk2與對(duì)應(yīng)的諧波電壓總畸變率THDn*的諧波電壓平方值vfnk*2進(jìn)行運(yùn)算調(diào)整，得到各次諧波電壓分量的導(dǎo)納值，分配至各次諧波篩選回路，達(dá)到高次諧波諧振抑制，其中，vfnk*＝Vf1k×THDn*，Vf1k為k相饋線基波電壓有效值。本發(fā)明的有益效果為：1、本發(fā)明通過(guò)能量存儲(chǔ)與變換器可以迅速存儲(chǔ)兩供電臂上的再生制動(dòng)能量，并在需要時(shí)，向兩供電臂的牽引機(jī)車釋放能量，提高了牽引變電所的經(jīng)濟(jì)效益；通過(guò)再生制動(dòng)能量實(shí)時(shí)可控存儲(chǔ)和釋放，提高了牽引變電所供電能力；通過(guò)平抑再生制動(dòng)能量沖擊，提高了牽引供電系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性；2、本發(fā)明的能量存儲(chǔ)模塊實(shí)時(shí)對(duì)牽引機(jī)車再生制動(dòng)能量可控存儲(chǔ)和釋放，高效利用再生制動(dòng)能量，同時(shí)也能在無(wú)牽引負(fù)荷時(shí)蓄電，優(yōu)先谷時(shí)充電蓄能、峰時(shí)放電供能，實(shí)現(xiàn)削峰填谷及需求側(cè)響應(yīng)的智慧用能管理；3、本發(fā)明的綜合優(yōu)化控制方法不僅可以實(shí)現(xiàn)牽引變電所負(fù)序、無(wú)功、諧波和電壓波動(dòng)及偏差的綜合治理，還能實(shí)現(xiàn)兩供電臂多源實(shí)時(shí)功率最優(yōu)運(yùn)行，從而減少裝置運(yùn)行電流和損耗，并可以抑制牽引變電所高次諧波諧振；4、本發(fā)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供電方式或吸流變壓器BT供電方式等，同時(shí)，本發(fā)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、YNd11變壓器或全三相Δ/ψ變壓器等，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例所述的一種統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例所述的一種統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明第三實(shí)施例所述的一種統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例所述的一種統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)的綜合優(yōu)化控制方法的實(shí)現(xiàn)原理圖。具體實(shí)施方式下面通過(guò)具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。實(shí)施例1，如圖1所示，本發(fā)明第一實(shí)施例的一種統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)，包括：?jiǎn)蜗喽嗬@組隔離變壓器，其接入牽引變壓器的供電臂并隔離降壓。兩個(gè)單相多繞組隔離變壓器T1和T2的高壓側(cè)通過(guò)連接開(kāi)關(guān)QF1和QF2分別接入牽引變壓器的一個(gè)供電臂，T1和T2的低壓側(cè)包括至少一個(gè)低壓繞組。能量存儲(chǔ)與變換器，其用于實(shí)時(shí)對(duì)牽引機(jī)車再生制動(dòng)能量進(jìn)行存儲(chǔ)和釋放，在無(wú)牽引負(fù)荷時(shí)蓄電、優(yōu)先谷時(shí)充電蓄能、峰時(shí)放電供能，并補(bǔ)償供電臂的無(wú)功功率。兩個(gè)能量存儲(chǔ)與變換器的輸入側(cè)分別與兩個(gè)單相多繞組隔離變壓器T1和T2對(duì)應(yīng)的副邊繞組連接。每個(gè)能量存儲(chǔ)與變換器包括兩個(gè)能量存儲(chǔ)與變換子模塊，兩個(gè)能量存儲(chǔ)與變換子模塊的輸入側(cè)分別連接單相多繞組隔離變壓器T1和T2對(duì)應(yīng)的副邊繞組。能量存儲(chǔ)與變換子模塊包括一個(gè)雙向AC-DC變換器、一個(gè)電容、一個(gè)雙向DC-DC變換器和一個(gè)能量存儲(chǔ)模塊，其中，雙向AC-DC變換器的交流側(cè)與單相多繞組隔離變壓器對(duì)應(yīng)的副邊繞組連接，雙向AC-DC變換器的直流側(cè)與雙向DC-DC變換器的一側(cè)連接，雙向DC-DC變換器的另一側(cè)與能量存儲(chǔ)模塊連接，電容經(jīng)過(guò)雙向AC-DC變換器并聯(lián)在直流側(cè)。能量存儲(chǔ)模塊包括超級(jí)電容、電化學(xué)電池或它們的組合或其它能量存貯單元。測(cè)量電路，其對(duì)牽引變壓器電網(wǎng)側(cè)的三相電壓uABC和三相電流iABC、牽引變壓器牽引側(cè)的兩相饋線電壓u1、u2和兩相饋線電流is1、is2分別進(jìn)行采樣。測(cè)量電路的輸入端與牽引變壓器電網(wǎng)側(cè)和牽引變壓器牽引側(cè)連接。綜合優(yōu)化控制器，其接收測(cè)量電路采樣的數(shù)據(jù)并進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，產(chǎn)生優(yōu)化控制信號(hào)。綜合優(yōu)化控制器的輸入端與測(cè)量電路的輸出端連接，綜合優(yōu)化控制器包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、多源優(yōu)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(cè)量電路與狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊連接，狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊分別與多源優(yōu)化控制模塊、電壓恒定控制模塊、高次諧波諧振抑制模塊連接。狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊用于接收采樣數(shù)據(jù)，多源優(yōu)化控制模塊用于實(shí)現(xiàn)多源優(yōu)化控制，電壓恒定控制模塊用于實(shí)現(xiàn)電壓恒定控制，高次諧波諧振抑制模塊用于實(shí)現(xiàn)高次諧波諧振的抑制。能量存儲(chǔ)與變換控制器，其接收綜合優(yōu)化控制器產(chǎn)生的優(yōu)化控制信號(hào)，根據(jù)能量存儲(chǔ)模塊狀態(tài)為雙向AC-DC變換器和雙向DC-DC變換器提供補(bǔ)償功率調(diào)制信號(hào)，從而控制流入、流出或流經(jīng)能量存儲(chǔ)模塊的功率。能量存儲(chǔ)與變換控制器的輸入端與綜合優(yōu)化控制器的輸出端連接，能量存儲(chǔ)與變換控制器的輸出端與每個(gè)能量存儲(chǔ)與變換器中的雙向AC-DC變換器和雙向DC-DC變換器連接。濾波器，其用于濾除負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，并實(shí)現(xiàn)兩供電臂的無(wú)功補(bǔ)償。兩個(gè)濾波器Fc1和Fc2通過(guò)連接開(kāi)關(guān)QF3和QF4分別接入牽引變壓器的兩供電臂，每個(gè)濾波器包括至少一路濾波支路，每個(gè)濾波之路上串聯(lián)有一個(gè)電容和一個(gè)電感。其中，牽引變壓器電網(wǎng)側(cè)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(jìn)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、YNd11變壓器或全三相Δ/ψ變壓器等多種變壓器。本實(shí)施例通過(guò)能量存儲(chǔ)與變換器實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)與變換。系統(tǒng)首先結(jié)合饋線電壓和電流實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，確定能量存儲(chǔ)模塊是否進(jìn)入充電狀態(tài)、放電狀態(tài)和保持待機(jī)狀態(tài)，然后選擇相應(yīng)的能量控制方法，包括充電控制、放電控制和待機(jī)控制，最后結(jié)合綜合優(yōu)化控制器產(chǎn)生的優(yōu)化控制信號(hào)，獲得雙向AC-DC變換器和雙向DC-DC變換器的調(diào)制信號(hào)，從而控制流入、流出或流經(jīng)能量存儲(chǔ)模塊的功率。實(shí)施例2，如圖2所示，本發(fā)明第二實(shí)施例的一種統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)。與實(shí)施例一不同之處在于，包括一個(gè)單相多繞組隔離變壓器T1和一個(gè)能量存儲(chǔ)與變換器。一個(gè)單相多繞組隔離變壓器T1的高壓側(cè)通過(guò)連接開(kāi)關(guān)QF1接入牽引變壓器的一個(gè)供電臂，T1的低壓側(cè)包括至少一個(gè)低壓繞組。一個(gè)能量存儲(chǔ)與變換器的輸入側(cè)與單相多繞組隔離變壓器T1對(duì)應(yīng)的副邊繞組連接。能量存儲(chǔ)與變換器包括兩個(gè)能量存儲(chǔ)與變換子模塊，每個(gè)能量存儲(chǔ)與變換子模塊的輸入側(cè)連接單相多繞組隔離變壓器T1對(duì)應(yīng)的副邊繞組。能量存儲(chǔ)與變換子模塊包括一個(gè)雙向AC-DC變換器、一個(gè)電容、一個(gè)雙向DC-DC變換器和一個(gè)能量存儲(chǔ)模塊，其中，雙向AC-DC變換器的交流側(cè)與單相多繞組隔離變壓器對(duì)應(yīng)的副邊繞組連接，雙向AC-DC變換器的直流側(cè)與雙向DC-DC變換器的一側(cè)連接，雙向DC-DC變換器的另一側(cè)與能量存儲(chǔ)模塊連接，電容經(jīng)過(guò)雙向AC-DC變換器并聯(lián)在直流側(cè)。能量存儲(chǔ)模塊包括超級(jí)電容、電化學(xué)電池或它們的組合或其它能量存貯單元。實(shí)施例3，如圖3所示，本發(fā)明第三實(shí)施例的一種統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)。與實(shí)施例一不同之處在于，包括兩單相多繞組隔離變壓器T1、T2和一個(gè)能量存儲(chǔ)與變換器。能量存儲(chǔ)與變換器的輸入側(cè)與T1、T2對(duì)應(yīng)的副邊繞組連接。能量存儲(chǔ)與變換器包括兩個(gè)能量存儲(chǔ)與變換子模塊，兩個(gè)能量存儲(chǔ)與變換子模塊的輸入側(cè)分別連接單相多繞組隔離變壓器T1和T2對(duì)應(yīng)的副邊繞組。其中，能量存儲(chǔ)與變換子模塊包括兩個(gè)雙向AC-DC變換器、一個(gè)電容、一個(gè)雙向DC-DC變換器和一個(gè)能量存儲(chǔ)模塊，一個(gè)雙向AC-DC變換器的交流側(cè)與一個(gè)單相多繞組隔離變壓器對(duì)應(yīng)的副邊繞組連接，一個(gè)雙向AC-DC變換器的直流側(cè)與雙向DC-DC變換器的一側(cè)連接，另一個(gè)雙向AC-DC變換器的交流側(cè)與另一個(gè)單相多繞組隔離變壓器對(duì)應(yīng)的副邊繞組連接，另一個(gè)雙向AC-DC變換器的直流側(cè)與雙向DC-DC變換器的一側(cè)連接，雙向DC-DC變換器的另一側(cè)與能量存儲(chǔ)模塊連接，電容經(jīng)過(guò)雙向AC-DC變換器并聯(lián)在直流側(cè)。能量存儲(chǔ)與變換控制器的輸出端與能量存儲(chǔ)與變換器中的兩個(gè)雙向AC-DC變換器和雙向DC-DC變換器連接。實(shí)施例4，如圖4所示，本發(fā)明還提供了一種統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)的綜合優(yōu)化控制方法，該方法包括以下步驟：步驟1，在每個(gè)采樣周期的起始點(diǎn)，測(cè)量電路對(duì)牽引變壓器電網(wǎng)側(cè)的三相電壓uABC、三相電流iABC及牽引變壓器牽引側(cè)的兩相饋線電壓u1、u2和兩相饋線電流is1、is2分別進(jìn)行采樣，并將采樣數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊；步驟2，將三相電壓不平衡度給定值ε*u、功率因數(shù)給定值PF*和兩相饋線電壓給定值U*1,2輸入狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊，采用快速傅立葉算法和瞬時(shí)功率算法，獲得牽引變壓器電網(wǎng)側(cè)和牽引變壓器牽引側(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)；步驟3，將牽引變壓器電網(wǎng)側(cè)和牽引變壓器牽引側(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)輸入多源優(yōu)化控制模塊、電壓恒定控制模塊和高次諧波諧振抑制模塊；步驟4，綜合優(yōu)化控制器根據(jù)接收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，選取優(yōu)化控制方法，得到優(yōu)化控制信號(hào)，具體如下：當(dāng)接收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)正常時(shí)，多源優(yōu)化控制模塊采用多源優(yōu)化控制方法，產(chǎn)生優(yōu)化控制信號(hào)，控制兩供電臂潮流，保證兩供電臂多源實(shí)時(shí)功率最優(yōu)運(yùn)行；當(dāng)接收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)不正常時(shí)，電壓恒定控制模塊和高次諧波諧振抑制模塊分別進(jìn)行判斷，并進(jìn)行相應(yīng)的控制得到控制信號(hào)，多源優(yōu)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(hào)，產(chǎn)生優(yōu)化控制信號(hào)，具體包括：如果電壓恒定控制模塊判斷牽引變壓器牽引側(cè)的兩相饋線電壓不滿足運(yùn)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(cè)的兩相饋線電壓最優(yōu)為優(yōu)化目標(biāo)，動(dòng)態(tài)調(diào)整多源優(yōu)化控制方法的約束條件，得到調(diào)節(jié)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電壓恒定控制；如果高次諧波諧振抑制模塊判斷發(fā)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(dòng)態(tài)調(diào)整多源優(yōu)化控制方法的控制目標(biāo)，將統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)控制成線路等效特征阻抗，產(chǎn)生諧振抑制的調(diào)節(jié)信號(hào)，抑制兩供電臂線路的高次諧波諧振；多源優(yōu)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(diào)節(jié)信號(hào)，產(chǎn)生優(yōu)化控制信號(hào)；步驟5，將優(yōu)化控制信號(hào)輸入能量存儲(chǔ)與變換控制器，得到能量存儲(chǔ)模塊的補(bǔ)償功率，包括流入、流出或流經(jīng)能量存儲(chǔ)模塊的功率，并根據(jù)能量存儲(chǔ)模塊狀態(tài)產(chǎn)生雙向AC-DC變換器和雙向DC-DC變換器的補(bǔ)償功率調(diào)制信號(hào)；步驟6，將補(bǔ)償功率調(diào)制信號(hào)輸入雙向AC-DC變換器和雙向DC-DC變換器，產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)輸入能量存儲(chǔ)與變換器中第一觸發(fā)電路(圖4中的1#觸發(fā)電路)和第二觸發(fā)電路(圖4中的2#觸發(fā)電路)，分別控制第一雙向AC-DC變換器和第一雙向DC-DC變換器(圖4中的1#雙向AC-DC變換器和1#雙向DC-DC變換器)和第二雙向AC-DC變換器和第二雙向DC-DC變換器(圖4中的2#雙向AC-DC變換器和2#雙向DC-DC變換器)的運(yùn)行，從而控制流入、流出或流經(jīng)能量存儲(chǔ)模塊的功率，實(shí)現(xiàn)牽引機(jī)車再生制動(dòng)能量的充放電。其中，步驟4中，多源優(yōu)化控制方法采用微分進(jìn)化優(yōu)化算法，具體為：將能量存儲(chǔ)模塊的補(bǔ)償功率SC作為目標(biāo)函數(shù)，將補(bǔ)償系數(shù)ΔIP、ψA和ψB作為決策變量，以電壓不平衡度ε和功率因數(shù)PF與ΔIP、ψA和ψB的不等式作為約束條件，得到多源優(yōu)化控制數(shù)學(xué)模型；F=minf(Sc)Sc=Sc1+Sc2]]>Sc1=U1ΔIp2+(ILq1-(ILp1-ΔIp)·tg(ψA-π6))2Sc2=U2ΔIp2+(ILq2-(ILp2+ΔIp)·tg(ψB+π6))2]]>s.t.g1:((ILp1-ΔIp)·tg(π6-ψA)-(ILp1+ΔIp)·tg(π6+ψB))≤1-(PF*)2PF*(ILp1+ILp2)g2:|ILp1-ΔIpcos(ψA-π6)-ILp2+ΔIpcos(ψB+π6)|≤ϵ*SKU1g3:|ΔIp|≤|(ILp1-LLp2)/2|g4:XT1Is1sinψA≤Umaxg5:XT2Is2sinψB≤Umax]]>模型中，U1表示第一供電臂的饋線電壓，U2表示第二供電臂的饋線電壓，ΔIP表示兩供電臂間轉(zhuǎn)移的有功電流分量，ILp1表示第一供電臂的負(fù)載有功電流分量，ILp2表示第二供電臂的負(fù)載有功電流分量，ILq1表示第一供電臂的負(fù)載無(wú)功電流分量，ILq2表示第二供電臂的負(fù)載無(wú)功電流分量，ψA表示第一供電臂的饋線電流與饋線電壓的相位角，ψB表示第二供電臂的饋線電流與饋線電壓的相位角，ε*u表示電壓不平衡度給定值，PF*表示功率因數(shù)給定值，XT1表示牽引變壓器二次側(cè)與第一供電臂的相連的繞組漏抗，XT2表示牽引變壓器二次側(cè)與第二供電臂的相連的繞組漏抗，Is1表示牽引變壓器二次側(cè)與第一供電臂的相連的繞組電流，Is2表示牽引變壓器二次側(cè)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(shè)定值，g1表示功率因數(shù)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；根據(jù)上述多源優(yōu)化控制數(shù)學(xué)模型，對(duì)決策變量ΔIP、ψA和ψB進(jìn)行微分進(jìn)化尋優(yōu)計(jì)算。步驟4中，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U1和U2，當(dāng)U1或U2超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限或下限時(shí)，增加上述多源優(yōu)化控制數(shù)學(xué)模型中的電壓不平衡度給定值ε*u或減少功率因數(shù)給定值PF*，然后將修改后的ε*u或PF*送回上述多源優(yōu)化控制數(shù)學(xué)模型，從而計(jì)算出新的優(yōu)化控制信號(hào)。步驟4中，高次諧波諧振抑制方法具體為：首先，檢測(cè)牽引變壓器牽引側(cè)的k相饋線電壓vfk，將其生成vfk的正交量vfk⊥，并將其通過(guò)鎖相環(huán)電網(wǎng)的頻率信號(hào)得到的vfk、vfk⊥變換至d、q坐標(biāo)系，經(jīng)過(guò)高通濾波器HPF，再經(jīng)過(guò)T-1(ω1t)獲得饋線電壓的高頻分量vfhk、vfhk⊥，得到變流器的高頻補(bǔ)償電流ichk，其中，k為1或2；其次，將檢測(cè)回來(lái)的各種諧波電壓平方值vfnk2與對(duì)應(yīng)的諧波電壓總畸變率THDn*的諧波電壓平方值vfnk*2進(jìn)行運(yùn)算調(diào)整，得到各次諧波電壓分量的導(dǎo)納值，分配至各次諧波篩選回路，達(dá)到高次諧波諧振抑制，其中，vfnk*＝Vf1k×THDn*，Vf1k為k相饋線基波電壓有效值。上述第四實(shí)施例中的統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)如實(shí)施例2，包括一個(gè)能量存儲(chǔ)與變換器，該能量存儲(chǔ)與變換器包括兩個(gè)能量存儲(chǔ)與變換子模塊，每個(gè)能量存儲(chǔ)與變換子模塊包括一個(gè)雙向AC-DC變換器、一個(gè)電容、一個(gè)雙向DC-DC變換器和一個(gè)能量存儲(chǔ)模塊。如果統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)如實(shí)施例3，包括一個(gè)能量存儲(chǔ)與變換器，該能量存儲(chǔ)與變換器包括兩個(gè)能量存儲(chǔ)與變換子模塊，每個(gè)能量存儲(chǔ)與變換子模塊包括兩個(gè)雙向AC-DC變換器、一個(gè)電容、一個(gè)雙向DC-DC變換器和一個(gè)能量存儲(chǔ)模塊。此時(shí)，本發(fā)明的統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)的綜合優(yōu)化控制方法同樣適用，無(wú)需增加能量存儲(chǔ)與變換器中的觸發(fā)電路。圖4中的1#觸發(fā)電路控制第一能量存儲(chǔ)與變換子模塊中的兩個(gè)雙向AC-DC變換器和一個(gè)雙向DC-DC變換器的運(yùn)行，2#觸發(fā)電路控制第二能量存儲(chǔ)與變換子模塊中的兩個(gè)雙向AC-DC變換器和一個(gè)雙向DC-DC變換器的運(yùn)行。如果統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)如實(shí)施例1，包括兩個(gè)能量存儲(chǔ)與變換器，即包括四個(gè)能量存儲(chǔ)與變換子模塊，此時(shí)，包括四個(gè)雙向AC-DC變換器、四個(gè)雙向DC-DC變換器和四個(gè)能量存儲(chǔ)模塊，本發(fā)明的統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)的綜合優(yōu)化控制方法同樣適用，無(wú)需增加能量存儲(chǔ)與變換器中的觸發(fā)電路。圖4中的1#觸發(fā)電路分別控制第一能量存儲(chǔ)與變換子模塊的第一雙向AC-DC變換器和雙向DC-DC變換器以及第二能量存儲(chǔ)與變換子模塊的第二雙向AC-DC變換器和雙向DC-DC變換器的運(yùn)行，2#觸發(fā)電路分別控制第三能量存儲(chǔ)與變換子模塊的第三雙向AC-DC變換器和雙向DC-DC變換器及第四能量存儲(chǔ)與變換子模塊的第四雙向AC-DC變換器和雙向DC-DC變換器的運(yùn)行。同理，對(duì)于多個(gè)能量存儲(chǔ)與變換子模塊時(shí)，只需調(diào)整1#觸發(fā)電路和2#觸發(fā)電路引腳，讓1#觸發(fā)電路分別控制多個(gè)能量存儲(chǔ)與變換子模塊中的一個(gè)雙向AC-DC變換器和雙向DC-DC變換器的運(yùn)行，2#觸發(fā)電路分別控制多個(gè)能量存儲(chǔ)與變換子模塊中的另一個(gè)雙向AC-DC變換器和雙向DC-DC變換器的運(yùn)行即可。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3