CN113659447B - 一种同相供电装置串联侧电压采样极性自动校正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种同相供电串联侧电压采样极性自动校正方法。该方法操作同相供电装置进行预充电和输出开环电压流程，自动根据启动柜和进线开关柜的PT电压采样信号，将进线开关柜PT电压采样信号的极性进行自动校正，在控制中使用极性后的电压，确保同相供电装置的串联侧输出的电压极性与进线开关柜电压(T座电压)匹配，避免了变流器输出电压与进线电压相反造成的过流问题。本发明提出了在串联侧电压采样极性自动校正过程中，两次采样方向判断的方法，简单有效。本发明在两次进行极性判断的流程中，还可以发现采样系数设置错误等造成采样极性不是相反，也不相同的情况。

Description

一种同相供电装置串联侧电压采样极性自动校正方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种同相供电装置串联侧电压采样极性自动校正方法。
背景技术
电力机车是单相电力负荷，为减小负序电流对电力***的影响，牵引网供电采取分相分区、轮换相序等措施，并在接触网中增加电分相环节。自动过分相装置不仅动作频繁，寿命短，可靠性低，而且会造成列车速度和牵引力损失。同相供电装置解决了牵引变电所内的电分相、电压波动、功率因数低和负序电流超标等问题。
同相供电装置主要由牵引匹配变压器和同相供电变流器组成，牵引匹配变压器为多绕组变压器，同相供电变流器由多个功率单元串并联组成，包含并联侧和串联侧。牵引匹配变压器高压侧与牵引变压器M座相连，低压侧与同相供电变流器的并联侧相连，变流器串联侧经启动柜接入牵引变压器T座。
变压器T座的电压采样的正方向对同相供电装置的串联侧控制十分重要，如果T侧的电压采样方向不正确，则会出现串联侧锁相、前馈等变量错误，电压电流不能有效控制的情况，甚至可能会出现当串联侧输出最大正向电压而T座刚好为最大负向电压，两倍电压加在启动柜的电抗器上，出现瞬时的大电流，可能损坏串联侧的功率开关器件。
目前变流器与外部进线连接，使用由开关柜送入的PT信号，一般是在设计阶段，各方沟通约定正方向，在现场前期安装调试阶段，采取查线的方式，以及通道继保测试仪加信号的方式来明确采样正方向。
现有技术方案虽然也可以确定方向，但存在人工查线费时费力的问题。另外，虽然使用继保测试仪测试同相供电装置T座电压的采样方向正确，但也可能出现主回路接线错误，同样会出现串联侧输出电压与T座电压反向的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种同相供电装置T座电压采样极性自动校正方法，该方法操作同相供电装置进行预充电和输出开环电压流程，自动根据启动柜和进线开关柜的PT电压采样信号，将进线开关柜PT电压采样信号的极性进行自动校正，在控制中使用极性校正后的电压，确保同相供电装置的串联侧输出的电压极性与T座电压匹配，避免了变流器输出电压与进线电压相反造成的过流问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种同相供电串联侧电压采样极性自动校正方法，包括以下步骤：
同相供电装置通过进线开关柜串联侧断路器、启动柜启动回路进线预充电；在预充电期间，采集T座进线开关柜PT的电压采样信号和启动柜内PT的电压信号并进行判断，如果两处电压采样方向相同，记录第一标志FLAG1为无效，否则为有效；
预充电结束后断开T座进线开关柜内串联侧断路器，根据T座进线开关柜PT电压的相位角生成开环调制波，串联侧输出开环电压；
比较启动柜PT的开环电压的相位与T座进线开关柜PT信号的方向是否相同，如果方向相同，记录第二标志FLAG2为无效，否则为有效；
如果第一标志FLAG1与第二标志FLAG2其中一个有效一个无效，则需对T座进线开关柜采样PT的电压信号取反，作为实际控制使用的信号，否则电压采样极性无需矫正。
进一步地，同相供电装置包括功率柜、启动柜、T座进线开关柜、牵引匹配变压器以及出线开关柜；
所述功率柜包含多个进行功率变换的功率单元，各功率单元的串联侧H桥串连后与所述启动柜相连，各功率单元的并联侧分别经牵引匹配变压器与所述出线开关柜相连；
所述出线开关柜连接电网变压器M座；
所述启动柜包含软启接触器KM1、软启电阻和主接触器KM2，软启电阻和软启接触器KM1串联后与主接触器与并联；
所述启动柜连接T座进线开关柜，T座进线开关柜连接电网变压器T座。
进一步地，预充电期间，采集T座进线开关柜PT的电压采样信号和启动柜内PT的电压信号并进行判断，包括：定义T座进线开关柜PT采样瞬时电压的标幺值为uT，启动柜PT采样瞬时电压标幺值为uQ，计算两处电压采样瞬时差值Δu＝uT-uQ，如果Δu的有效值ΔURMS小于0.3pu，则认为电压采样方向相同，记录第一标志FLAG1为无效；如果Δu的有效值ΔURMS大于1.6pu，则认为电压采样方向不相同，记录第一标志FLAG1为有效；如果Δu的有效值ΔURMS在0.3pu和1.6pu之间，则故障停机。
进一步地，预充电过程，包括先闭合启动柜内启动回路的软启接触器KM1，再闭合T座进线开关柜内的断路器QF，当功率单元的直流母线电容充电达到设定值，闭合启动回路的主接触器KM2，再断开软启接触器KM1。
进一步地，预充电完成，并断开T座进线开关柜断路器QF后，根据T座进线开关柜PT电压的相位角生成开环调制波，串联侧输出开环电压，包括：
T座进线开关柜PT电压采样uT进行锁相，锁相得到的T座进线开关柜电压的相角ωTt，以umod＝Uopensin(ωTt)作为开环调制波给定，其中Uopen为设置的开环调制度，利用直流母线电容预充电的直流电压，做开环发脉冲，在串联侧端口和启动柜输出电压。
进一步地，比较启动柜PT采样的开环电压的相位与T座进线开关柜PT电压信号的方向是否相同，包括：
本次开环发脉冲时启动柜PT采样的电压为uQ_open，对uQ_open进行锁相，得到相角ωQot；
锁相得到的T座电压的相角ωTt与相角ωQot做差并取绝对值：Δθ＝|ωTt-ωQo|；如果Δθ大于π，则处理在0到π范围内得到θFLAG2；如果θFLAG2小于则判断认为启动柜开环电压与T座电压同相，设定第二标志FLAG2为无效；如果差值，θFLAG2大于/>则判断认为启动柜开环电压与T座电压反相，设定第二标志FLAG2为有效；如果θFLAG2介于/>和/>之间，则故障停机。
进一步地，如果未出现故障，0表示无效，1表示有效，对第一标志FLAG1和第二标志FLAG2进行异或运算，将运算结果定义为FLAG3：
如果FLAG3为0则电压采样极性无需矫正；如果FLAG3为1，则需要将T座进线开关柜的PT电压采集信号uT乘以(-1)，再作为控制使用的信号。
进一步地，如果Δθ大于π，则处理在0到π范围内得到θFLAG2，包括：如果角度大于π，θFLAG2＝2π-|Δθ|。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明提供的同相供电装置串联侧电压采样极性自动校正方法，可以省去繁琐的查线步骤，快速且可靠地对采样进行校正，避免了由于电压采样方向错误导致的变流器输出电压与进线电压相反的问题。
(2)本发明在两次进行极性判断的流程中，还可以发现采样系数设置错误等造成采样极性不是相反，也不相同的情况。
附图说明
图1是同相供电装置拓扑结构图；
图2同相供电装置串联侧电压极性自动校正方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提供一种同相供电装置串联侧电压极性自动校正方法，所述的同相供电装置如图1所示，包含功率柜、启动柜、T座进线开关柜、牵引匹配变压器、出线开关柜。
所述功率柜，包含n个功率单元，功率单元一侧并联一侧串连，串联侧与启动柜相连。
所述启动柜包含输出电抗器L、启动回路及启动柜内的采样PT。启动柜另一端与T座进线开关柜相连。
所述T座进线开关柜包括串联侧断路器QF、电压采样PT。
进一步的，所述功率单元，包括并联侧H桥、直流母线电容和串联侧H桥,并联侧配备模块并网接触器KM3_i(i为功率模块序号)，串联侧配备旁路开关PLi(i为功率模块序号)，多个功率单元的串联侧H桥串接后，连接至启动柜。
进一步的，所述启动柜包含输出电抗器L，其作用为限制电流快速变化，以及对高次电压谐波进行滤波。启动柜的启动回路包含软启接触器KM1、软启电阻和主接触器KM2，其作用为通过软启电阻和软启接触器KM1限制功率单元充电电流，主接触器与串接的软启接触器KM1和软启电阻并联，起到旁路软启电阻，运行时避免软启电阻能耗和压降的目的。
为了实现T座电压采样极性自动校正的目的，结合图2，本发明的包含以下步骤：
(1)同相供电装置通过T座进线开关柜串联侧断路器、启动柜启动回路进线预充电；在预充电期间，同时采集了来自T座进线开关柜PT的电压采样信号和来自启动柜内PT采集的电压信号。如果两处电压采样方向相同，记录第一标志1为无效，否则为有效。
进一步地，预充电过程，包括先闭合启动柜内启动回路的软启接触器KM1，再闭合T座进线开关柜内的断路器QF，当功率单元的直流母线电容充电达到设定值，闭合启动回路的主接触器KM2，再断开软启接触器KM1。
进一步地，比较两处电压采样方向，其方法为对两处采样实时值做差，跟电压差值的有效值大小进行判断，如果差值的有效值很小，认为电压采样方向相同，置位标志1为0(无效)，如果差值的有效值很大，认为电压采样方向相反，置位标志1为1(有效)。
定义T座进线开关柜PT采样瞬时电压的标幺值为uT，启动柜PT采样瞬时电压标幺值为uQ。由于当T座进线开关柜断路器合闸时，主回路连接，两个PT采集的电压应该幅值相同，相位相同或相反。判断两处采样的方向是否一致，使用标幺瞬时值相减的方式来判断，定义两处电压采样瞬时差值Δu＝uT-uQ，如果Δu的有效值ΔURMS为很小的值，以有效值小于0.3pu作为判断条件，则认为两处采样的方向相同，将设定的第一标志1(FLAG1)置为无效(0)，如果Δu的有效值大于1.6pu，将FLAG1置为有效(1)，如果Δu的有效值介于两者之间，认为PT或者采样电路或者采样的增益设置有误，报故停机。
如果未出现故障停机状况，则继续进行步骤(2)。
该方法在预充电阶段，既完成了功率单元直流母线充电的任务，又对主回路连通时，T座进线开关柜PT与启动柜PT采样的电压方向进行比较。本次比较是为了对当两处的PT采集相同的一次电压时的采样方向的异同进行记录。
(2)预充电结束后断开T座进线开关柜内串联侧断路器，根据T座进线开关柜PT的电压采样信号的相角生成调制波，串联侧输出开环电压。
进一步地，输出开环电压为使用T座进线开关柜PT采样的电压锁相的到相角，作为开环调制波的相位，幅值可设置，默认50％调制度。
预充电结束后断开T座进线开关柜内串联侧断路器，启动柜内的主接触器保持合闸状态，此时，T座进线开关柜与启动柜主回路断开连接，启动柜的PT和进线开关柜内的PT没有关联。
控制上使用T座进线开关柜PT电压采样uT进行锁相，使用锁相的到的T座电压的相角ωTt，以umod＝Uopensin(ωTt)作为开环调制波给定，其中Uopen为可以设置的开环调制度，利用直流母线电容预充电的直流电压，做开环发脉冲，在串联侧端口输出电压。
使用启动柜PT采样开环发脉冲时输出的电压信号。定义本次开环发脉冲时启动柜PT采样的电压为uQ_open，对uQ_open进行锁相，得到相角ωQot。
(3)比较启动柜PT采集的开环电压的相位与T座进线开关柜PT信号的方向是否相反。如果方向相同，记录第二标志2为无效，否则为有效。
输出开环电压时，由于两处电压实际值不同，不能使用做差求有效值方式判断相位。对启动柜PT采样电压进行锁相，对启动柜PT采样电压的锁相角和T座进线开关柜PT的采样电压锁相角做差，如果差值很小，置位第二标志2为0(无效)，如果差值接近180°，置位第二标志2为1(有效)。
输出开环电压期间，由于串联侧开环电压与开关柜电压幅值不相等，不能再电压差值有效值大小作为依据。在此期间根据两处电压采样的相位角度差来判断电压采样方向。如果相角差在0度左右，认为采样方向相同，如果在180度左右，认为方向相反。由于相角差Δθ的范围是±2π，先对其求绝对值|Δθ|，范围限制在0到+2π；如果角度大于π，θFLAG2＝2π-|Δθ|，如果将范围限制在0到π，最终判断角度差θFLAG2就可以比较方便判断判断是否接近π或者接近0。如果角度差既不解近0，也不接近π，认为出现其他故障，需要停机检查。
在一个实施例中，将T座进线开关柜PT电压采样得到的T座进线开关柜电压(T座电压)相角ωTt与开环发脉冲启动柜电压相角ωQot做差并取绝对值：|Δθ＝ωTt-ωQo|，将差值范围转化到0到2π范围。如果|Δθ|大于π，则对再进行处理，将角度差处理在0到π范围内。θFLAG2小于则判断认为启动柜开环电压与T座电压同相，将设定的标志2(FLAG2)置为无效；如果差值，θFLAG2大于/>则判断认为启动柜开环电压与T座电压反相，将设定的第二标志2(FLAG2)置为有效；如果相角差值介于两者之间，则认为在输出脉冲或者采样环节出现问题，报故停机。
预充电结束后，断开T座进线开关断路器，使用T座进线开关柜的PT电压采样的锁相角输出开环调制波，启动柜PT采样串联侧输出的开环电压。比较本次启动柜PT的电压采样与进线开关柜PT的电压采样方向。本次比较是为了确定直接使用开关柜PT的信号用作控制时，输出在串联侧的电压与开关柜电压的关系。
(4)如果第一标志1与第二标志2为其中一个有效一个无效，则需对T座开关柜采样PT的信号取反，作为实际控制使用的信号。否则电压采样极性无需矫正。
进一步的，根据步骤1、3得到的第一标志1与第二标志2做异或运算，如果异或结果1(有效)，认为直接使用进线柜PT采样电压作来控制，会输出和进线柜相位相反的电压，需要对T座进线开关柜电压采样PT的信号取反，作为实际控制使用的信号。如果异或结果为0(无效)，则T座进线开关柜电压采样PT的信号可直接用于控制。
如果未出现故障，则判断标志1(FLAG1)和标志2(FLAG2)是否不均为有效或不均为无效，即进行异或运算，将运算结果定义为FLAG3：
如果FLAG3为0,则使用开关柜PT的电压采样信号作为控制没有问题；如果FLAG3为1，则需要将进线开关柜的PT电压采集信号uT乘以(-1)，再作为控制使用的信号。
综上所述，本发明提出了一种同相供电串联侧电压采样极性自动校正方法。该方法操作同相供电装置进行预充电和输出开环电压流程，自动根据启动柜和进线开关柜的PT电压采样信号，将进线开关柜PT电压采样信号的极性进行自动校正，在控制中使用极性后的电压，确保同相供电装置的串联侧输出的电压极性与进线开关柜电压(T座电压)匹配，避免了变流器输出电压与进线电压相反造成的过流问题。本发明提出了在串联侧电压采样极性自动校正过程中，预充电阶段与输出开环电压流程中的采样方向判断方法。同相供电装置预充电期间，由于采样的一次电压大小相等，可以通过对启动柜和进线开关柜PT采样的电压瞬时值做差后，求其有效值，根据有效值大小来判断两处采样方向是否一致。这种方法简单有效。如果差值的有效值很小，说明两处采样方向一致；如果差值有效值在2倍额定附近，认为两处采样方向相反；如果差值有效值不满足以上两种情况，认为出现采样或者其他故障，需要停机查找问题。输出开环电压期间，在此期间根据启动柜开环电压与进线开关柜电压的锁相相位角度差来判断电压采样方向。这种方式适用于输出开环电压流程中两处电压幅值不一致的情形。如果角度差在0度附近，说明两处电压信号方向一致；如果角度差在180度附近，说明两处电压信号方向相反；如果角度差不满足以上两种情况，认为出现采样或者其他故障，需要停机查找问题。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (7)

1.一种同相供电串联侧电压采样极性自动校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
同相供电装置通过进线开关柜串联侧断路器、启动柜启动回路进线预充电；在预充电期间，采集T座进线开关柜PT的电压采样信号和启动柜内PT的电压信号并进行判断，如果两处电压采样方向相同，记录第一标志FLAG1为无效，否则为有效；
预充电结束后断开T座进线开关柜内串联侧断路器，根据T座进线开关柜PT电压的相位角生成开环调制波，串联侧输出开环电压；
比较启动柜PT的开环电压的相位与T座进线开关柜PT信号的方向是否相同，如果方向相同，记录第二标志FLAG2为无效，否则为有效；
如果第一标志FLAG1与第二标志FLAG2其中一个有效一个无效，则需对T座进线开关柜采样PT的电压信号取反，作为实际控制使用的信号，否则电压采样极性无需矫正；
预充电期间，采集T座进线开关柜PT的电压采样信号和启动柜内PT的电压信号并进行判断，包括：定义T座进线开关柜PT采样瞬时电压的标幺值为uT，启动柜PT采样瞬时电压标幺值为uQ，计算两处电压采样瞬时差值Δu＝uT-uQ，如果Δu的有效值ΔURMS小于0.3pu，则认为电压采样方向相同，记录第一标志FLAG1为无效；如果Δu的有效值ΔURMS大于1.6pu，则认为电压采样方向不相同，记录第一标志FLAG1为有效；如果Δu的有效值ΔURMS在0.3pu和1.6pu之间，则故障停机。
2.根据权利要求1所述的同相供电串联侧电压采样极性自动校正方法，其特征在于，同相供电装置包括功率柜、启动柜、T座进线开关柜、牵引匹配变压器以及出线开关柜；
所述功率柜包含多个进行功率变换的功率单元，各功率单元的串联侧H桥串连后与所述启动柜相连，各功率单元的并联侧分别经牵引匹配变压器与所述出线开关柜相连；
所述出线开关柜连接电网变压器M座；
所述启动柜包含软启接触器KM1、软启电阻和主接触器KM2，软启电阻和软启接触器KM1串联后与主接触器与并联；
所述启动柜连接T座进线开关柜，T座进线开关柜连接电网变压器T座。
3.根据权利要求2所述的同相供电串联侧电压采样极性自动校正方法，其特征在于，预充电过程，包括先闭合启动柜内启动回路的软启接触器KM1，再闭合T座进线开关柜内的断路器QF，当功率单元的直流母线电容充电达到设定值，闭合启动回路的主接触器KM2，再断开软启接触器KM1。
4.根据权利要求1所述的同相供电串联侧电压采样极性自动校正方法，其特征在于，预充电完成，并断开T座进线开关柜断路器QF后，根据T座进线开关柜PT电压的相位角生成开环调制波，串联侧输出开环电压，包括：
T座进线开关柜PT电压采样uT进行锁相，锁相得到的T座进线开关柜电压的相角ωTt，以umod＝Uopensin(ωTt)作为开环调制波给定，其中Uopen为设置的开环调制度，利用直流母线电容预充电的直流电压，做开环发脉冲，在串联侧端口和启动柜输出电压。
5.根据权利要求4所述的同相供电串联侧电压采样极性自动校正方法，其特征在于，比较启动柜PT采样的开环电压的相位与T座进线开关柜PT电压信号的方向是否相同，包括：
本次开环发脉冲时启动柜PT采样的电压为uQ_open，对uQ_open进行锁相，得到相角ωQot；
锁相得到的T座电压的相角ωTt与相角ωQot做差并取绝对值：Δθ＝|ωTt-ωQo|；如果Δθ大于π，则处理在0到π范围内得到θFLAG2；如果θFLAG2小于则判断认为启动柜开环电压与T座电压同相，设定第二标志FLAG2为无效；如果差值，θFLAG2大于/>则判断认为启动柜开环电压与T座电压反相，设定第二标志FLAG2为有效；如果θFLAG2介于/>和/>之间，则故障停机。
6.根据权利要求5所述的同相供电串联侧电压采样极性自动校正方法，其特征在于，如果未出现故障，0表示无效，1表示有效，对第一标志FLAG1和第二标志FLAG2进行异或运算，将运算结果定义为FLAG3：
如果FLAG3为0则电压采样极性无需矫正；如果FLAG3为1，则需要将T座进线开关柜的PT电压采集信号uT乘以(-1)，再作为控制使用的信号。
7.根据权利要求5所述的同相供电串联侧电压采样极性自动校正方法，其特征在于，如果Δθ大于π，则处理在0到π范围内得到θFLAG2，包括：如果角度大于π，θFLAG2＝2π-|Δθ|。
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