基于多電平三相-單相變換器的貫通式同相牽引供電系統(tǒng)研究.pdf

1、從鐵路發(fā)展歷程、建設(shè)規(guī)劃和運(yùn)輸特點(diǎn)等方面看，電氣化鐵路仍然是我國未來可持續(xù)發(fā)展的一種重要交通系統(tǒng)。研究電氣化鐵路相關(guān)技術(shù)對促進(jìn)鐵路發(fā)展具有重要意義。牽引供電系統(tǒng)是電氣化鐵路的動力之源，因此，牽引供電系統(tǒng)對鐵路尤其是高速、重載鐵路的快速發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。目前，既有牽引供電系統(tǒng)在過分相、電能質(zhì)量和過載能力等方面的問題日顯突出?；诩扔芯€改造的同相牽引供電系統(tǒng)可有效改善電能質(zhì)量、減少牽引供電系統(tǒng)一半的電分相，但仍不能徹底取消電分相實現(xiàn)牽

2、引網(wǎng)全網(wǎng)互聯(lián)。
　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，基于三相-單相變換器的貫通式同相牽引供電系統(tǒng)有望實現(xiàn)牽引網(wǎng)的全網(wǎng)互聯(lián)。這種牽引供電系統(tǒng)可徹底取消電分相、大大改善公共電網(wǎng)和牽引網(wǎng)電能質(zhì)量、有效調(diào)度牽引網(wǎng)潮流，并且可實現(xiàn)機(jī)車制動能量的再生利用和新能源的接入，是一種理想的新型牽引供電方式?？紤]到牽引網(wǎng)高電壓和大容量的需求，本文主要研究了基于二極管箝位五電平三相-單相變換器的貫通式同相牽引供電系統(tǒng)及其控制理論;對由此變換器并聯(lián)組成的牽引變電所

3、及貫通式同相牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析、仿真和實驗驗證研究。
　　論文首先分析了牽引供電方式和電力電子技術(shù)國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀，指出了開展貫通式同相牽引供電系統(tǒng)相關(guān)研究的必要性;研究了二極管箝位五電平三相-單相變換器，深入分析了五電平三相PWM整流器和H橋單相PWM逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型，設(shè)計了整流器和逆變器的控制策略并完成了三相-單相變換器的主電路參數(shù)設(shè)計;首次分析了采用45°SVPWM調(diào)制算法的變換器的諧波特性，給出了單相

4、變換器造成直流側(cè)電壓“二次脈動”原因。
　　其二，論文研究了二極管箝位多電平變換電路直流電容電壓不平衡原理以及電容式輔助均壓電路的工作原理、電路結(jié)構(gòu)和控制策略;提出了二極管筘位五電平交直交變換器的一級電容式均壓電路和二極管箝位多電平交直交變換器的單電容輔助均壓電路及其簡化電路，以及設(shè)計了相關(guān)電路實現(xiàn)均壓的控制策略，通過仿真和實驗驗證了相關(guān)電路結(jié)構(gòu)和控制策略的有效性，且所提出的均壓方式不會改變主電路的結(jié)構(gòu)和控制策略，在任意調(diào)制深度和

5、負(fù)載類型下都能實現(xiàn)電壓均衡。
　　其三，根據(jù)牽引變電所容量配置要求，提出了電壓源變換器并聯(lián)的牽引變電所模型結(jié)構(gòu);在深入分析變換器并聯(lián)產(chǎn)生環(huán)流的基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)型下垂均流控制策略，仿真驗證了并聯(lián)系統(tǒng)的環(huán)流分析結(jié)果和改進(jìn)型下垂均流控制策略的有效性和可靠性。根據(jù)牽引供電系統(tǒng)特點(diǎn)，提出并搭建了以二極管箝位五電平三相-單相電壓源型變換器和二極管箝位五電平三相-單相功率源型變換器混合并聯(lián)所構(gòu)成的貫通式同相牽引供電系統(tǒng);提出了功率源變換器帶自

6、我檢測有功無功電流給定的并網(wǎng)控制策略，該控制策略通過牽引網(wǎng)電壓幅值和相位動態(tài)特性計算有功和無功功率給定;提出了貫通式同相牽引供電系統(tǒng)的無線主從自動分流并網(wǎng)控制策略，該控制策略可根據(jù)負(fù)載及線路阻抗特性實現(xiàn)多個牽引變電所自動分配有功和補(bǔ)償無功的功能。
　　論文最后設(shè)計了帶輔助均壓電路的三相-單相變換器的實驗系統(tǒng)，研究了多變換器并聯(lián)運(yùn)行及多個牽引變電所并網(wǎng)運(yùn)行的實驗，實驗結(jié)果驗證了輔助均壓電路的均壓效果和基于該變換器在貫通式同相牽引供電