一種用于貫通式同相供電系統(tǒng)的變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究.pdf

1、伴隨著社會發(fā)展需求，電氣化鐵路在國民經(jīng)濟(jì)中所占比重越來越大，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但給公共電網(wǎng)帶來的諧波、無功和負(fù)序電流問題也日益凸顯。貫通式同相供電系統(tǒng)完全取消了電分相裝置，解決了上述問題，實(shí)現(xiàn)了全線貫通，是電力牽引供電系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。隨著貫通式同相供電系統(tǒng)的發(fā)展，對電力電子變換器的容量與可靠性的要求也越來越高。變換器級聯(lián)可實(shí)現(xiàn)由小功率的模塊提供輸入，得到高壓大功率輸出，使低壓器件應(yīng)用于高壓場合;變換器并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)功率合成，提高輸出電流

2、的等級，增加電源的容量，而且可以提高供電的可靠性。在此背景下，本文研究用于貫通式同相供電系統(tǒng)的級聯(lián)-并聯(lián)混合變換器系統(tǒng)，并從理論、仿真和實(shí)驗(yàn)三方面驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。
　　本文首先從工程實(shí)際與電力電子器件發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，設(shè)計了用于貫通式同相供電系統(tǒng)的級聯(lián)-并聯(lián)混合變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制系統(tǒng)。本文側(cè)重點(diǎn)在于變電所逆變側(cè)部分，研究了單相三電平二極管鉗位逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理，分析了逆變器的傳遞函數(shù)，在此基礎(chǔ)上研究了單相逆變器的雙閉環(huán)

3、控制策略。
　　本文重點(diǎn)研究了多載波SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)調(diào)制策略。首先分析了單個單相三電平SVPWM調(diào)制方法，設(shè)計采用載波移相技術(shù)(CarrierPhase-shifted，CPS)實(shí)現(xiàn)多個逆變器級聯(lián)，進(jìn)一步分析了級聯(lián)變換器輸出電壓的諧波特性。本文還分析了逆變器并聯(lián)時環(huán)流產(chǎn)生原因與特性，對下垂控制的原理與實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了分析，從而設(shè)計逆變器系統(tǒng)并聯(lián)的控制策略。
　

4、　在上述研究的基礎(chǔ)上，利用Matlab/simulink仿真平臺完成單相逆變器的仿真驗(yàn)證，最終搭建基于單相逆變器級聯(lián)-并聯(lián)的貫通式同相供電系統(tǒng)變電所仿真模型，在啟動、帶載、變載等工況下對系統(tǒng)單相牽引網(wǎng)側(cè)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，對輸出電壓的諧波特性與變電所所內(nèi)環(huán)流進(jìn)行分析。仿真結(jié)果表明:該級聯(lián)-并聯(lián)變換器結(jié)構(gòu)可行，牽引變電所不需要輸出變壓器，在滿足牽引網(wǎng)電壓及容量要求的條件下降低系統(tǒng)電力電子器件的耐壓要求;變電所輸出電壓可控，穩(wěn)態(tài)時可維持在牽引

5、網(wǎng)電壓正常工作范圍內(nèi)，諧波含量低;系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)功率均分，從而減少功率器件的載流壓力，所內(nèi)環(huán)流小，供電可靠性高，冗余特性好;負(fù)載變動時可快速響應(yīng)，動靜態(tài)性能良好。仿真驗(yàn)證了理論分析的正確性和本文所設(shè)計的級聯(lián)-并聯(lián)變換器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、調(diào)制與控制策略的可行性。
　　最后，本文搭建基于FPGA的實(shí)驗(yàn)平臺，并設(shè)計相應(yīng)實(shí)驗(yàn)方案。在所搭建實(shí)驗(yàn)平臺上完成了單相SVPWM逆變器級聯(lián)實(shí)驗(yàn)，完成了單相SVPWM逆變器并聯(lián)實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證本系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)、控制策略