該控制系統(tǒng)在滿足補(bǔ)償要求的前提下，可有效提高控制的靈活度,、運(yùn)算效率,，并對(duì)主變壓器三相輸出端口的電壓擾動(dòng)和連接電抗電感值的變化表現(xiàn)出較強(qiáng)魯棒性。仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)的正確性,。

隨著我國(guó)鐵路事業(yè)的快速發(fā)展,，新型交流機(jī)車逐步取代直流機(jī)車[1,2]，由于前者傳動(dòng)系統(tǒng)整流級(jí)采用全控變流器且機(jī)車功率大,，某些供電區(qū)段無功功率和低次諧波基本消除,，負(fù)序凸顯為其主要電能質(zhì)量問題。本文針對(duì)這類牽引變電所的負(fù)序問題展開討論,。

平衡牽引變壓器以其較好的負(fù)序抑制能力被廣泛應(yīng)用在電鐵供電系統(tǒng)中[3]，然而該能力卻受到負(fù)荷波動(dòng)的影響,，在兩相負(fù)荷天然不平衡或電網(wǎng)相對(duì)薄弱地區(qū)的牽引變電所,，平衡牽引變壓器的負(fù)序抑制能力難以完全發(fā)揮出來。

以動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償,、鐵路靜止功率調(diào)節(jié)器（Railway static PowerConditioner, RPC）等為代表的有源方案可獲得滿意補(bǔ)償效果[4-14],，但這些系統(tǒng)均需大容量輔助變壓器作為其有源部分的接口，這在建設(shè)用地局促的牽引變電所,，其裝配空間受到較大限制,，且這些輔助設(shè)備成本不菲。

隨著電力電子系統(tǒng)集成技術(shù)的提高和功率器件成本的降低,，這一不利因素將體現(xiàn)得更為明顯（以2015年某2×5MW級(jí)RPC項(xiàng)目為例[14],，輔助降壓變壓器約占總成本的40%和總裝配空間的60%）。

針對(duì)上述問題,，本文討論一種電氣化鐵道負(fù)序控制系統(tǒng)（Railway Negative SequenceControl System, RNSCS）,。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)主變壓器采用了在福建閩清牽引變電所投入運(yùn)行的多功能平衡變壓器（Multi-PurposeBalance Transformer, MPBT）[15,16],，通過精心調(diào)整UV,、WV繞組與aV、bV繞組的匝比和等值漏阻抗比可使U,、V,、W端口的電壓降至電力電子器件可承受的水平，并使電流滿足平衡條件,。

故該系統(tǒng)可省去輔助變壓器,。由于MPBT自身具有一定負(fù)序抑制能力,，且必要時(shí)U、V,、W端口可接無源感應(yīng)濾波器[16,17],，RNSCS有源部分的容量和運(yùn)行損耗可進(jìn)一步降低，故系統(tǒng)具有較高性價(jià)比,。

圖1  RNSCS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

考慮到MPBT既有兩相系統(tǒng)（負(fù)荷側(cè)）又有三相系統(tǒng)（變流器側(cè)和高壓電網(wǎng)側(cè)）,，這樣的“混合相”電力系統(tǒng)既不利于補(bǔ)償目標(biāo)的明確，也阻礙了高性能控制器的分析和設(shè)計(jì),。故本文的目標(biāo)之一是將原來既有兩相又有三相的混合相電力系統(tǒng)歸一到統(tǒng)一的三相系統(tǒng)上,，力求以一種全新的視角審視系統(tǒng)的補(bǔ)償目標(biāo)，明確其物理意義,，降低分析難度,。

另外，考慮到目前電鐵負(fù)序治理系統(tǒng)常采用的控制策略有雙環(huán)PI控制[18]和重復(fù)控制[19],，前者易受系統(tǒng)參數(shù)變化的影響,，后者則因內(nèi)存占用率高，實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜,。此外,，上述兩種策略均無法對(duì)狀態(tài)變量進(jìn)行靈活、優(yōu)化控制,。

基于此,，本文為所提系統(tǒng)中的半橋變流器（Half-Bridge Converter, HBC）設(shè)計(jì)了一種帶積分器的線性二次控制器（IntegratorAssociated Linear Quadratic Controller, IALQC），并提出了與之相關(guān)的均壓策略,。該控制器兼顧了低內(nèi)存占用率和優(yōu)化條件下高控制靈活性的優(yōu)點(diǎn),，并對(duì)U、V,、W端口的電壓擾動(dòng)和L（見圖1）的變化具有較強(qiáng)魯棒性,。

結(jié)論

1）建立了基于MPBT的RNSCS通用三相模型，使得既有兩相又有三相的混合相電力系統(tǒng)歸總至統(tǒng)一的UVW坐標(biāo)系上,，大幅降低了系統(tǒng)的分析難度,，有利于明悉此類系統(tǒng)的物理本質(zhì)，并為高性能控制器的設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ),。

2）在UVW坐標(biāo)系下建立了變流器的數(shù)學(xué)模型,，針對(duì)HBC設(shè)計(jì)了IALQC和與之相應(yīng)的均壓控制策略。使得RNSCS在電鐵負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng),、連接電感參數(shù)的變化和主變壓器U,、V、W端口的電壓擾動(dòng)等諸多不利條件下,，實(shí)現(xiàn)了給定信號(hào)的大范圍跟蹤和直流側(cè)電壓的穩(wěn)定控制,。在獲得滿意補(bǔ)償效果的同時(shí),，既實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)變量的靈活控制，又顯著降低了內(nèi)存占用量,。

3）基于MPBT的RNSCS無需輔助大容量變壓器,，成功實(shí)現(xiàn)了有源系統(tǒng)和主變壓器的融合。大幅降低了成本,，提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性,。使該系統(tǒng)獲得了較高性價(jià)比。