地铁供电系统电能质量控制系统及方法

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 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的步骤包括：
[0042] 计算谐波比例趾和无功比例时；
[0043] 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;
[0044] 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;
[0045] 当所述谐波比例第一阔值含趾含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;
[0046] 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，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;
[0047] 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;
[0048] 优选地，基于瞬时无功理论计算谐波分量和无功分量。
[0049] 本发明的上述技术方案相比现有技术具有W下优点：
[0050] 本发明提供一种地铁供电系统电能质量控制系统及方法，同时采集了高压侧和低 压侧的电压和电流，使得最终得到的电流补偿指令更加准确；同时，将高压侧和低压侧负荷 信号中的基波无功和谐波信号分别抽取出来，并根据负荷工作状态(谐波电流补偿值与无 功电流补偿值)与有源滤波器的额定容量确定有源滤波器的工作模式(补偿模式），并根据 工作模式、谐波电流补偿值和无功电流值生成电流补偿指令。该系统和方法综合考虑了电 网中存在的无功功率和谐波信号，对其按照统一的物理模型进行综合治理，可靠性高；同 时，该系统和方法可W按照负荷工作状态自动调整工作模式，使得配电系统在整个运行阶 段均具有较高的用电质量，提高了用电的安全性和可靠性。
【附图说明】
[0051] 为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合 附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
[0052] 图1是本发明实施例1中的一种地铁供电系统电能质量控制系统的示意图；
[0053] 图2是本发明实施例1中的计算谐波电流补偿值的流程图；
[0054] 图3是本发明实施例1中的计算无功电流补偿值的流程图；
[0055] 图4是本发明实施例1中的生成电流补偿指令的流程图；
[0056] 图5是本发明实施例2中的一种地铁供电系统电能质量控制方法的流程图。
【具体实施方式】 [0化7]实施例1
[005引如图1所示，本实施例提供一种地铁供电系统电能质量控制系统，可W包括：
[0059] 采集装置(图1未示出），用于采集高压侧和低压侧的电压和电流。
[0060] 作为一种具体实现方式，采集装置可W具体包括:高压采集单元，用于采集高压侧 的；相电压山1、叫1、11。1和；相电流131、山、：[。1;低压采集单元，用于采集低压侧负载的；相 电压山2、化2、山2和；相电流132、山、1。2。其中，电压信号和电流信号均同步采集。高压采集单 元和低压采集单元均可W通过电压传感器和电流传感器实现所需要采集的电压和电流。
[0061] 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，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，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。
[0062] 作为一种具体实现方式，有源滤波器可W具体包括：
[0063] 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。
[0064] 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S相电流的无功分量，得到无功电流补偿值：托aq = -iaq广iaq2、托bq = - ibql -ibq2和i ccq二-icql-icq2。
[0065] 监控装置，用于根据谐波电流补偿值、无功电流补偿值和有源滤波器的额定容量， 确定有源滤波器的工作模式;还用于根据有源滤波器的工作模式、谐波电流补偿值和无功 电流值生成电流补偿指令并发送至有源滤波器。
[0066] 作为一种具体实现方式，监控装置可W具体包括：
[0067] 生成电流补偿指令单元，用于根据有源滤波器的工作模式、谐波电流补偿值和无 功电流补偿值生成电流补偿指令并发送至有源滤波器，电流补偿指令为：托a = A X托ah+B X 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；
[0068] 有源滤波器工作模式确定单元，用于根据谐波电流补偿值、无功电流补偿值和有 源滤波器的额定容量，计算谐波比例趾(所需补偿谐波容量与有源滤波器额定容量之比）和 无功比例Kq(所需补偿无功容量与有源滤波器额定容量之比）并确定所述有源滤波器的工 作模式，其中，
[0069] 当谐波比例趾> 100%时，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；
[0070] 当谐波比例100 % >趾>第一阔值时，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;其中，第一阔值取值可W为70%。
[0071] 当谐波比例第一阔值>化> 第二阔值且无功比例时>第^阔值时，或者谐波比例 趾<第二阔值且无功比例Kq<100%时，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;其中，第二阔值取值可W为10 % ;第Ξ阔值取值可W为70 %。
[0072] 当谐波比例第一阔值 > 化 > 第二阔值且无功比例时 < 第^阔值时，有源滤波器工 作于全补偿模式，A和B的取值为:A= 1，B = 1。
[0073] 当谐波比例趾<第二阔值且所述无功比例Kq> 100%时，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。
[0074] 本实施例提供的地铁供电系统电能质量控制系统，同时采集了高压侧和低压侧的 电压和电流，使得最终得到的电流补偿指令更加准确；同时，将高压侧和低压侧负荷信号中 的基波无功和谐波信号分别抽取出来，并根据负荷工作状态(谐波电流补偿值与无功电流 补偿值)与有源滤波器的额定容量确定有源滤波器的工作模式(补偿模式），并根据工作模 式、谐波电流补偿值和无功电流值生成电流补偿指令。该系统和方法综合考虑了电网中存 在的无功功率和谐波信号，对其按照统一的物理模型进行综合治理，可靠性高；同时，该系 统和方法可W按照负荷工作状态自动调整工作模式，使得配电系统在整个运行阶段均具有 较高的用电质量，提高了用电的安全性和可靠性。
[0075] 下面结合图2、图3和图4具体说明生成电流补偿指令的过程。
[0076] 下面的例子中，高压侧的电压为35kV，相应的高压侧的Ξ相电压Uai、Ubi、Uci为： Ua35kV、叫3日kV、Uc3日kV;高压侧的^相电流ial、ibl、icl为：ia3日kV、ib3日kV、ic3日kV;高压侧^相电流的 谐波分量iahl、ibhl、ichl为：iah3日kV、ibh3日kV、ich3日kV ;高压侧Ξ相电流的无功分量iaql、ibql、icql 为：iaq3已kV、ibq3已kV、icq3已kV;
[0077] 低压侧的电压为1140V，相应的低压侧的；相电压Ua2、Ub 2、Uc2为：Ual 140V、Ubl 140V、 Ucl 140V;低压侧的Ξ相电流ia2、ib2、ic2为：ial 140V、ibl 140V、icl 140V;低压侧Ξ相电流的谐波分 量iah2、ibh2、ich2为：iahl 140V、ibhl 140V、ichl 140V;低压侧Ξ相电流的无功分量iaq2、ibq2和icq2为： iaql 140V、ibql 140V、icql 140V。
[0078] 目前公知的谐波检测方法包括:带阻滤波法、FFT变换法、带通选频法、自适应检测 法W及瞬时无功功率理论法等。其中，基于瞬时无功功率理论方法的电路结构简单，性能良 好，可行性高，实时性好，所W本系统中基于瞬时无功功率理论方法计算得到谐波分量和无 功分量。
[0079] 下面结合图2说明得到谐波电流补偿值的具体过程，采用d-q法对高压侧谐波电流 进行检测：
[0080] 将高压侧的S相电流ia3日kv、ib3日kv、ic3日kv经过CLA服E变换和PA服变换得到id和iq，具 体变换如下： / .
\
[0083] id和iq经过化通滤波器化PF)滤波后，得到直流分量石和赛，再将乙和石反变换便 可求出检测电流的基波分量
[0084]
I Μ
[008日]将iaf、ibf、icf与ia3自kV、ib3自kV、ic3自kV相减，便可求得局压侧S相电流ia3自kV、ib3自kV、 ic3自kV的谐波分量iah3自kV、i化3自kV、ich3自kV;
[0086] 同理，可[^求得化压侧负载S相电流ial 140V、ibl 140V、icl 140V的谐波分量iahl 140V、 1化1 140V、ichl 140V;
[0087] 根据高压侧和化压侧兰相电流的谐波分量，得到谐波电流补偿值为：
[0090] 式(3)中的负号表示补偿电流与谐波电流幅值相等，方向相反。
[0091] 下面结合图3说明计算得到无功电流补偿值的具体过程，无功电流补偿值也由瞬 时无功法求得，首先求高压侧无功电流分量：
[0092] 根据图3便可求得高压侧S相电流ia3自kV、ib3自kV、ic3自kV的无功分量iaq3自kV、ibq3自kV、 icq35kV；
[0093] 同理，可1^求得化压侧负载S相电流ial 140V、ibl 140V、icl 140V的无功分量iaql 140V、 ibql 140V、icql 140V;
[0094]根据高压侧和化压侧Ξ相电流的无功分量，得到无功电流补偿值为：
[0095]
( 4 )
[0096] 式(4)中的负号表示补偿电流与无功电流幅值相等，方向相反。
[0097] 如图4所示，总的电流补偿指令由谐波补偿指令和无功补偿指令组成，具体为：
[009引
（5 )
[0099] 式巧）中的A和B为0~1之间的实数型变量，由有源滤波器的工作模式决定，具体如 表1所示，其中，Κι为所需补偿谐波容量与有源电力滤波器额定容量之比;Kq为所需补偿无 功容量与有源电力滤波器额定容量之比；"X"表示不作考虑。
[0100] 表1:
[0101]
[0102] ~根据表1可W看出:
[0103] 当4=1，8 = 1，滤波器工作在全补偿模式；
[0104] 当A = 0，B = 1，滤波器工作在只补无功模式；
[0105]当A=1，B = 0,滤波器工作在只补谐波模式；
[0106] 当4<8,滤波器工作在无功优先模式；
[0107] 当4>8,滤波器工作在谐波优先模式；
[0108] 对于地铁供电系统，当系统负荷处于重载时，有源滤波器工作在谐波优先模式；当 系统负荷处于轻载时，有源滤波器工作在无功优先模式;在系统谐波含量较高有可能导致 用电设备无法正常工作时，有源滤波器可工作在只补谐波状态;在系统容性无功较多不仅 导致电能浪费，还可能影响到系统稳定时，有源滤波器可工作在只补无功状态。由此可见， 本实施例提供的系统中的有源滤波器具有多种工作模式，可根据负荷工作状态指令自动调 整工作模式，使得配电系统在整个运行阶段均具有较高的用电质量，提高了用电的安全性 和可靠性。
[0109] 实施例2
[0110] 如图5所示，本实施例提供一种地铁供电系统电能质量控制方法，可w包括如下步 骤：
[0111] S1:获取高压侧和低压侧的电压和电流。该步骤可W具体包括:获取高压侧的Ξ相 电压山1、叫1、山1和；相电流131、山、1。1;获取低压侧负载的；相电压山2、叫2、山2和；相电流 ia2、ib2、ic2;其中，电压信号和电流信号均同步采集。
[0112] S2: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，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，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。该步骤可W基 于瞬时无功理论计算谐波分量和无功分量，具体可W包括：
[0113] 首先，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、ibhl和ichl，W及高压侧；相电流的无功分量iaql、ibql和icql;并根据获取到的 低压侧的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 ;
[0114] 其次，根据高压侧和低压侧^相电流的谐波分量，得到谐波电流补偿值：1\^34 =-
根据高压侧和低压侧Ξ相电流的无功分量，得 到无功电流补偿值：
[0115] S3:获取有源滤波器的额定容量。
[0116] S4:根据谐波电流补偿值、无功电流补偿值和有源滤波器的额定容量，确定所述有 源滤波器的工作模式。
[0117] S5: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。
[0118] 步骤S4和S5具体可W为：
[0119] 步骤S5中的电流补偿指令为：
=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。
[0120] 步骤S4中滤波器的工作模式确定的过程为：
[0121] 计算谐波比例趾和无功比例时；
[0122] 当谐波比例趾> 100 %时，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；
[0123] 当谐波比例100% >趾>第一阔值时，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;
[0124] 当谐波比例第一阔值 > 化 > 第二阔值且无功比例时>第^阔值时，或者谐波比例 趾<第二阔值且无功比例Kq<100%时，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;
[0125] 当谐波比例第一阔值含化含第二阔值且无功比例时含第Ξ阔值时，有源滤波器工 作于全补偿模式，A和B的取值为:A = 1，B = 1;
[0126] 当谐波比例趾 < 第二阔值且无功比例Kq> 100%时，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。
[0127] 本实施例提供的地铁供电系统电能质量控制方法，同时采集了高压侧和低压侧的 电压和电流，使得最终得到的电流补偿指令更加准确；同时，将高压侧和低压侧负荷信号中 的基波无功和谐波信号分别抽取出来，并根据负荷工作状态(谐波电流补偿值与无功电流 补偿值)与有源滤波器的额定容量确定有源滤波器的工作模式(补偿模式），并根据工作模 式、谐波电流补偿值和无功电流值生成电流补偿指令。该系统和方法综合考虑了电网中存 在的无功功率和谐波信号，对其按照统一的物理模型进行综合治理，可靠性高；同时，该系 统和方法可W按照负荷工作状态自动调整工作模式，使得配电系统在整个运行阶段均具有 较高的用电质量，提高了用电的安全性和可靠性。
[0128]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对 于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可W做出其它不同形式的变化或 变动。运里无需也无法对所有的实施方式予W穷举。而由此 所引伸出的显而易见的变化或 变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【主权项】
1. 一种地铁供电系统电能质量控制系统，其特征在于，包括： 采集装置，用于采集高压侧和低压侧的电压和电流； 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； 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。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集装置包括： 高压采集单元，用于采集高压侧的三相电压Ual、Ubl、UC1和三相电流ial、ibl、icl ;和 低压采集单元，用于采集低压侧负载的三相电压Ua2、Ub2、UC2和三相电流ia2、ib2、ic2 ; 其中，电压信号和电流信号均同步采集。3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述有源滤波器包括： 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三相电压和三相电流，计 算得到高压侧三相电流的谐波分量iahhibhdPichl·，以及高压侧三相电流的无功分量iaql、 ibq4PiCql;还用于根据采集到的低压侧的三相电压和三相电流，计算得到低压侧三相电流 的谐波分量iah2、ibh2和ich2，以及低压侧三相电流的无功分量iaq2、ibq2和icq2 ; 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三相电流的谐 波分量，得到所述谐波电流补偿值：i*cah= -iahl-iah2、i*cbh= -ibhl-ibh2和：i^cchz-ichl-ich〗； 根据高压侧和低压侧三相电流的无功分量，得到所述无功电流补偿值：iLq= -iaql-iaq2、 ?cbq- _ibql_ibq2矛口iccq- _icql_icq2〇4. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述监控装置包括： 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：it =AXi*cah+BXi*caq;i*cb=AXi*cbh+BXi*cbq;i*cc=AXi*cch+BXi*CCq，其中，0<A<1，0<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； 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Kh和无功比例Kq并确定所述有源滤波器的工 作模式，其中， 当所述谐波比例Kh2 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 ； 当所述谐波比例100% >Kh>第一阈值时，所述有源滤波器工作于谐波优先模式，A和B的取值为:〇<Β<Α<1; 当所述谐波比例第一阈值2Kh2第二阈值且所述无功比例Kq>第三阈值时，或者所述 谐波比例Kh<第二阈值且所述无功比例Kq<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; 当所述谐波比例第一阈值2Kh2第二阈值且所述无功比例Kq<第三阈值时，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; 当所述谐波比例Kh<第二阈值且所述无功比例Kq2 100%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。5. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，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。6. -种地铁供电系统电能质量控制方法，其特征在于，包括如下步骤： 获取高压侧和低压侧的电压和电流； 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； 获取有源滤波器的额定容量； 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； 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。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述获取高压侧和低压侧的电压和电流的 步骤包括： 获取高压侧的三相电压1131、1^1、11。1和三相电流丨 31、&1、^1;和 获取低压侧负载的三相电压Ua2、Ub2、UC2和三相电流ia2、ib2、ic2; 其中，电压信号和电流信号均同步采集。8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述计算谐波电流补偿值和无功电流补偿 值的步骤包括： 根据获取到的高压侧的三相电压和三相电流，计算得到高压侧三相电流的谐波分量iahl、ibh^ichi，以及高压侧三相电流的无功分量iaql、ibq^icql;并根据获取到的低压侧的 三相电压和三相电流，计算得到低压侧三相电流的谐波分量iah2、ibh2和ich2,以及低压侧三 相电流的无功分量iaq2、ibq2和icq2 ; 根据高压侧和低压侧三相电流的谐波分量，得到所述谐波电流补偿值：iLh= -iahl-iah2、i*cbh= -ibhi-ibh2和:i^chz-ichi-icM;根据高压侧和低压侧三相电流的无功分量，得到所 述无功电流补偿值：i*caq= -iaql-iaq2、i*cbq= -ibql_ibq2^Pli*ccq= -icql-icq2〇9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，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： 所1 述电流补偿指令为:i*ca=AXi*cah+BXi*caq;i*cb=AXi*cbh+BXi*cbq;i*cc=AXi*cch+B Xi^q，其中，0 <A< 1，〇 <B< 1，A和B的具体取值由有源滤波器工作模式确定； 所述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的步骤包括： 计算谐波比例Kh和无功比例Kq; 当所述谐波比例Kh2 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 ； 当所述谐波比例100% >Kh>第一阈值时，所述有源滤波器工作于谐波优先模式，A和B的取值为:〇<Β<Α<1; 当所述谐波比例第一阈值2Kh2第二阈值且所述无功比例Kq>第三阈值时，或者所述 谐波比例Kh<第二阈值且所述无功比例Kq<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; 当所述谐波比例第一阈值2Kh2第二阈值且所述无功比例Kq<第三阈值时，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; 当所述谐波比例Kh<第二阈值且所述无功比例Kq2 100%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。10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，基于瞬时无功理论计算谐波分量和无功 分量。
【专利摘要】本发明提供一种地铁供电系统电能质量控制系统和方法，包括：采集装置，用于采集高压侧和低压侧的电压和电流；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；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。
【IPC分类】H02J3/01, H02J3/18
【公开号】CN105490274
【申请号】CN201511003795
【发明人】王海涛, 李国玉, 撖奥洋, 王德涛, 张永祥
【申请人】国网山东省电力公司青岛供电公司, 国家电网公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月28日