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一种用于贯通式同相供电系统的变换器拓扑结构研究
| 论文题名： | 一种用于贯通式同相供电系统的变换器拓扑结构研究 |
| 关键词： | 电气化铁路;同相供电系统;变换器;拓扑结构;谐波特性 |
| 摘要： | 伴随着社会发展需求，电气化铁路在国民经济中所占比重越来越大，促进了经济的发展，但给公共电网带来的谐波、无功和负序电流问题也日益凸显。贯通式同相供电系统完全取消了电分相装置，解决了上述问题，实现了全线贯通，是电力牵引供电系统的发展方向之一。随着贯通式同相供电系统的发展，对电力电子变换器的容量与可靠性的要求也越来越高。变换器级联可实现由小功率的模块提供输入，得到高压大功率输出，使低压器件应用于高压场合;变换器并联可实现功率合成，提高输出电流的等级，增加电源的容量，而且可以提高供电的可靠性。在此背景下，本文研究用于贯通式同相供电系统的级联-并联混合变换器系统，并从理论、仿真和实验三方面验证了系统的可行性。 本文首先从工程实际与电力电子器件发展现状出发，设计了用于贯通式同相供电系统的级联-并联混合变换器拓扑结构及其控制系统。本文侧重点在于变电所逆变侧部分，研究了单相三电平二极管钳位逆变器的拓扑结构和工作原理，分析了逆变器的传递函数，在此基础上研究了单相逆变器的双闭环控制策略。 本文重点研究了多载波SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)调制策略。首先分析了单个单相三电平SVPWM调制方法，设计采用载波移相技术(CarrierPhase-shifted，CPS)实现多个逆变器级联，进一步分析了级联变换器输出电压的谐波特性。本文还分析了逆变器并联时环流产生原因与特性，对下垂控制的原理与实现方法进行了分析，从而设计逆变器系统并联的控制策略。 在上述研究的基础上，利用Matlab/simulink仿真平台完成单相逆变器的仿真验证，最终搭建基于单相逆变器级联-并联的贯通式同相供电系统变电所仿真模型，在启动、带载、变载等工况下对系统单相牵引网侧仿真结果进行分析，对输出电压的谐波特性与变电所所内环流进行分析。仿真结果表明:该级联-并联变换器结构可行，牵引变电所不需要输出变压器，在满足牵引网电压及容量要求的条件下降低系统电力电子器件的耐压要求;变电所输出电压可控，稳态时可维持在牵引网电压正常工作范围内，谐波含量低;系统能实现功率均分，从而减少功率器件的载流压力，所内环流小，供电可靠性高，冗余特性好;负载变动时可快速响应，动静态性能良好。仿真验证了理论分析的正确性和本文所设计的级联-并联变换器系统结构、调制与控制策略的可行性。 最后，本文搭建基于FPGA的实验平台，并设计相应实验方案。在所搭建实验平台上完成了单相SVPWM逆变器级联实验，完成了单相SVPWM逆变器并联实验，以验证本系统主电路结构、控制策略和调制策略的可行性。 |
| 作者： | 崖尚松 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 何晓琼 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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