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电力机车三电平牵引逆变器输出电流谐波优化研究
| 论文题名： | 电力机车三电平牵引逆变器输出电流谐波优化研究 |
| 关键词： | 电力机车;牵引逆变器;电流谐波;谐波抑制 |
| 摘要： | 在我国铁道部的领导和全国人民的支持下，铁路运输蓬勃发展，在中国的交通运输蓝图成为了关键而不可替代的角色。特别是和谐CRH动车组的成功研制，给我国铁路事业的发展注入了新的动力。在动车组技术中，牵引变流器是牵引传动系统的核心，其主要结构是一个交-直-交变流器系统，包括牵引整流器、中间直流环节和牵引逆变器。在许多大功率交流传动场合下，开关损耗大，为了减少开关损耗，提高逆变器效率，同时了为了减少功率器件的发热，开关频率在满足系统要求的情况尽可能的降低，一般情况下，不能超过1kHz，导致牵引逆变器中含有大量的谐波。本文以应用于大功率电力机车的三电平逆变器为特定的研究对象，对其输出的电流谐波问题进行了研究，旨在寻找出一种新的调制方法减少逆变器的输出谐波。 本研究主要内容包括：⑴针对CRH2型动车组牵引逆变器的谐波问题，分析了电流谐波的产生机理，其根本原因是开关器件工作的非线性，开关器件的开关角会影响电流的谐波含量。电力机车的负载本身是一个非常复杂的负载，可以通过控制功率器件的开关时刻来减小谐波含量。⑵总结了多电平逆变器的各种拓扑结构和调制方法，如SPWM和SVPWM等。分析了几种调制策略的原理和特点，在此基础上，针对传统调制策略编程复杂、计算过程复杂等问题，本文提出了一种简化的三电平逆变器调制策略。该方法是将三电平逆变器的空间电压矢量看成6个两电平逆变器空间电压矢量的合成，降阶成两电平，用两电平的矢量合成参考矢量，最后对应到三电平逆变器的每一相开关组合，就可以完成控制。在 MATLAB/simulink中进行了该方法的仿真验证，最后选用TMS320F2812作为控制器件，编写程序完成了实验验证，得到了正确的三电平输出波形。实验结果表明所提出的调制策略是正确的，而且具有数字实现简单的优点。⑶分析了NPC三电平逆变器谐波产生原理，搭建了其输出相电流谐波的模型。推导出了以输出相电流谐波为优化目的的函数表达式。本文提出一种基于分子动理论算法的谐波优化策略（MMT-PWM），采用分子动理论优化算法求解模型时，施加了消除窄脉冲算法。完成9、11、13、15脉波条件下全调制范围优化函数的求解。与传统SPWM比较，MMT-PWM具有良好的谐波优化效果，可以减少牵引逆变器输出的电流谐波。最后，在MATLAB/simulink中进行了仿真，仿真结果表明MMA-PPT具有更好的输出性能，输出电流谐波含量少。最后，在实验室条件下完成了1.5kW的硬件实验，实验结果验证了理论分析的正确性。 |
| 作者： | 李真贵 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 易灵芝;周冠东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湘潭大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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