该控制系统在满足补偿要求的前提下，可有效提高控制的灵活度、运算效率，并对主变压器三相输出端口的电压扰动和连接电抗电感值的变化表现出较强鲁棒性。仿真和实验验证了该系统的正确性。
随着我国铁路事业的快速发展，新型交流机车逐步取代直流机车[1,2]，由于前者传动系统整流级采用全控变流器且机车功率大，某些供电区段无功功率和低次谐波基本消除，负序凸显为其主要电能质量问题。本文针对这类牵引变电所的负序问题展开讨论。
平衡牵引变压器以其较好的负序抑制能力被广泛应用在电铁供电系统中[3]，然而该能力却受到负荷波动的影响，在两相负荷天然不平衡或电网相对薄弱地区的牵引变电所，平衡牵引变压器的负序抑制能力难以完全发挥出来。
以动态无功功率补偿、铁路静止功率调节器（Railway static PowerConditioner, RPC）等为代表的有源方案可获得满意补偿效果[4-14]，但这些系统均需大容量辅助变压器作为其有源部分的接口，这在建设用地局促的牵引变电所，其装配空间受到较大限制，且这些辅助设备成本不菲。
随着电力电子系统集成技术的提高和功率器件成本的降低，这一不利因素将体现得更为明显（以2015年某2×5MW级RPC项目为例[14]，辅助降压变压器约占总成本的40%和总装配空间的60%）。
针对上述问题，本文讨论一种电气化铁道负序控制系统（Railway Negative SequenceControl System, RNSCS）。其拓扑结构如图1所示。该系统主变压器采用了在福建闽清牵引变电所投入运行的多功能平衡变压器（Multi-PurposeBalance Transformer, MPBT）[15,16]，通过精心调整UV、WV绕组与aV、bV绕组的匝比和等值漏阻抗比可使U、V、W端口的电压降至电力电子器件可承受的水平，并使电流满足平衡条件。
故该系统可省去辅助变压器。由于MPBT自身具有一定负序抑制能力，且必要时U、V、W端口可接无源感应滤波器[16,17]，RNSCS有源部分的容量和运行损耗可进一步降低，故系统具有较高性价比。
图1 RNSCS拓扑结构
考虑到MPBT既有两相系统（负荷侧）又有三相系统（变流器侧和高压电网侧），这样的“混合相”电力系统既不利于补偿目标的明确，也阻碍了高性能控制器的分析和设计。故本文的目标之一是将原来既有两相又有三相的混合相电力系统归一到统一的三相系统上，力求以一种全新的视角审视系统的补偿目标，明确其物理意义，降低分析难度。
另外，考虑到目前电铁负序治理系统常采用的控制策略有双环PI控制[18]和重复控制[19]，前者易受系统参数变化的影响，后者则因内存占用率高，实现相对复杂。此外，上述两种策略均无法对状态变量进行灵活、优化控制。
基于此，本文为所提系统中的半桥变流器（Half-Bridge Converter, HBC）设计了一种带积分器的线性二次控制器（IntegratorAssociated Linear Quadratic Controller, IALQC），并提出了与之相关的均压策略。该控制器兼顾了低内存占用率和优化条件下高控制灵活性的优点，并对U、V、W端口的电压扰动和L（见图1）的变化具有较强鲁棒性。
结论
1）建立了基于MPBT的RNSCS通用三相模型，使得既有两相又有三相的混合相电力系统归总至统一的UVW坐标系上，大幅降低了系统的分析难度，有利于明悉此类系统的物理本质，并为高性能控制器的设计奠定了理论基础。
2）在UVW坐标系下建立了变流器的数学模型，针对HBC设计了IALQC和与之相应的均压控制策略。使得RNSCS在电铁负荷的随机波动、连接电感参数的变化和主变压器U、V、W端口的电压扰动等诸多不利条件下，实现了给定信号的大范围跟踪和直流侧电压的稳定控制。在获得满意补偿效果的同时，既实现了状态变量的灵活控制，又显著降低了内存占用量。
3）基于MPBT的RNSCS无需辅助大容量变压器，成功实现了有源系统和主变压器的融合。大幅降低了成本，提高了系统的集成度和可靠性。使该系统获得了较高性价比。
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