基于三电平半桥变换器的同相供电潮流控制器

三电平半桥变换器的供电潮流控制器，其主要由两个单相“背靠背”的三电平半桥变流器构成，用于传递有功、 补偿无功和抑制谐波，使得牵引供电系统相对电力系统而言，是一个三相对称纯阻性负载。与传统三电平变换

器相比，该控制器减少了器件数量，降低了装置成本。最后实验验证了三电平半桥潮流控制器的正确性和可行性。

关键词：控制器；变换器；供电潮流中图分类号:TM571

文献标识码：A 文章编号:1000-100X(2019)03-0123-02Power Flow Controller of Co-phase Power Supply System

Based on Three-level Half-bridge ConverterQIAO Lei, LI Mo-ting(China Electric Science and Technology Research Institute Co., Ltd., Chengdu 610073 , China)Abstract: In recent years, research hotter in co・phase power supply which can solve the electrified railway long­

standing power quality problems predominantly including negative sequence, harmonics and reactive, especially electric

phase splitting which impact ascension of the locomotive speed and traction.In order to meet high voltage and high

capacity needs of the traction load , power flow controller is mainly composed of two back ・to・back single-phase three-

level half-bridge converters.lt mainly transfers the active power, compensates the reactive power and harmonic current

simultaneously, making the traction power supply system is a three-phase symmetrical pure resistant load.Compared with the traditional three-level converter, the number of the device and the cost of the equipment are reduced. Finally

the experiment verifies the correctness and feasibility of the three-level half-bridge power flow controller.Keywords: controller ； converter ； power flow1引言负序、无功和谐波一直是电气化铁路亟待解

平半桥变换器的同相供电潮流控制器，相比于传统 三电平变换器，减少了器件数量，降低了装置成本。决的电能质量问题。随着高速、重载铁路的发展，

2同相供电2.1同相供电系统同相供电系统是指线路上不同变电所供电的 区段接触网电压相位相同，线路上无电分相环节 的牵引供电方式。提出一种基于三电平半桥变换

负序问题越来越突出。由于电分相装置的存在，机 车运行速度和牵引力受到限制。为了解决这些技

术难题，文献［1］提岀了基于无源对称补偿的同相 供电系统。随着近些年来电力电子和控制技术的

飞速发展，文献［2］研究了基于有源补偿的同相供 电系统，取消电分相，实现负序、无功及谐波综合 治理与补偿，取得较好效果。供电潮流控制器基本

器的同相供电系统结构，见图1。变流单元普遍采用两电平结构，为满足实际牵引

负荷高电压、大容量的需求，就要采取多重化的结 构方案以提高装置的容量，但多重化在开关器件

应力、开关频率、输出电压谐波和开关器件损耗等 方面逊色于多电平变流器。此处研究了基于三电定稿日期:2018-07-11作者简介：乔磊(1986-),男，陕西咸阳人，硕士，工程师，

研究方向为电能质量。图1同相供电系统结构图Fig. 1 Structure diagram of co-phase power supply system123第53卷第3期电力电子技术2019年3月Power ElectronicsVol.53, No.3March 2019由于三相V/V牵引变压器具有结构简单、容 量利用率高等优点，被国内高速铁路供电系统广

泛采用，故所提补偿对象选择V/V牵引供电系 统。图中,ua,u„ia,ifi为牵引变压器次级两桥臂电 压、电流，让,如为牵引变压器次级两桥臂补偿电

流，汇为机车负载电流。2.2三电平半桥供电潮流控制器三电平半桥供电潮流控制器结构如图2所

示，它由“背靠背”的单相三电平半桥变换器通过

直流侧两个电容耦合在一起。Fig. 2 Three-level half-bridge power flow controller通过辅助均压电路可以实现直流电容电压的

均衡控制，该方法不影响原有主电路的控制算法。 其中，文献［3］提出一种基于电感电路的辅助稳压 电路，如图3所示。图3电感辅助均压电路Fig. 3 Inductor-assisted voltage equalizing circuit基于电感电路辅助稳压电路的工作过程分析 如下。当G电压t/m大于C2电压〃a时：第一步,

百导通,”关断。此时G通过V“对辅助电感厶 放电，％下降，电感电流增加，G部分能量暂存

到厶上。第二步，V\"和V\"都关断。由于电感电流

不能发生突变，厶通过反并联二极管向C2充电，

仏上升，直到厶暂存的能量全部释放。同理，当Ua半实物实验平台上进行了验证，实验参数：系统额

定容量10 MVA,变压器A①变比27.5 kV/4 kV，总 直流电容电压10 kV,连接电感1 mH,电容容值

0.1 F,均压电感0.1 mH,载波频率3 000 Hzo124图4a为牵引负载电流波形，其存在严重畸 变。图4b为牵引侧电流实验波形，可见补偿之后

变压器次级两桥臂电流幅值相等，相位互差90。, 两臂负荷电流完全对称，从而使初级三相电流对 称，见图4c。图4d为直流侧电压实验波形，图中

为了便于观察直流侧的2次脉动，示波器波形进 行了去直流耦合，因此只显示了电容电压的交流

分量。可见，在整个实验过程中电容电压都保持稳 定，且由于单相负载的缘故，电容电压会存在2次

波动，但波动幅值较小。图4e为变流器阀侧输出 电压波形，其具有3个电平，电压谐波特性更好。(

WV00寸 )

W

等(

02)4//(5 ms/格)\"(5 ms/格)(b)牵引变压器次级电流(c)牵引变压器初级电流(建 A

JZ5riiinoiii)2

■ iiil//(10 ms/格)z/(10 ms/格)(d)直流侧电压(e)变换器输出电压图4实验波形

Fig. 4 Experimental waveforms4结论针对电气化铁道牵引供电系统长期存在大量 的负序、谐波和无功的电能质量问题，尤其是机车 过电分相问题，研究了基于有源补偿的同相供电

系统。为了适应牵引负荷大容量、高电压的需求,

研究了基于三电平半桥变换器结构的潮流控制 器。基于RT-LAB半实物仿真系统对该结构的可

行性进行了验证。参考文献［1］

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