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基于三相四开关变流器的电气化铁路有源补偿研究
| 论文题名： | 基于三相四开关变流器的电气化铁路有源补偿研究 |
| 关键词： | 电气化铁路;有源电力滤波器;控制策略;电平变换器;谐波检测算法 |
| 摘要： | 随着大功率交-直型与交-直-交型电力机车的大量使用，我国电气化铁路谐波、无功、负序等电能质量问题尤为突出。APF(有源电力滤波器)作为保障电气化铁路稳定、高效、安全运行的重要手段之一，可以对电气化铁路存在的电能质量问题起到综合补偿作用，是目前治理电气化铁道谐波污染的较好方案，因此研究APF对电气化铁路电能质量的改善具有重要意义。本论文针对以上背景展开如下研究： (1)对APF的常见拓扑结构进行分析，提出采用三相四开关变流器作为并联型APF主电路。分析其工作原理与数学模型，为其实现对谐波、无功及负序电流的补偿奠定了基础，并为后文中控制策略的选择及设计研究提供理论基础。 (2)谐波检测算法对APF性能起决定作用。本文在分析两类机车谐波特性后，选择了在电网电压不平衡或畸变的情况下，仍然可以实现高精度检测的同步基波旋转坐标系检测法，此外这种方法无需锁相环，可提高谐波检测速度及精度。 (3)为了提高APF的补偿能力，采用两类基于内模原理的高精度电流跟踪控制策略，包括VPI(矢量比例积分)控制器与重复控制器。VPI控制作为一种选择性谐波补偿技术可以提高APF的灵活性和适应性，同时减少控制器的计算量。根据其选择性的特点，提出基于VPI控制的无谐波检测补偿技术，省略补偿电流检测及计算环节，降低成本并提高动态响应性能。为了使控制器更加简化，研究基于重复控制器的电流跟踪控制策略。论文给出重复控制器的设计方法，并对其进行了动态、稳态性能分析。在理论研究的基础上，通过MATLAB仿真验证了两种控制器的有效性。 (4)当APF运用于电气化铁路这种中压大功率场合时，多电平拓扑结构可以显著提高APF的补偿性能。MMC(模块化多电平变流器)因具有结构模块化易于扩展、所需元件少等优点而具有广泛应用前景。在分析基于MMC技术的APF的工作原理及数学模型与CPS-SPWM(载波移相脉宽调制)技术后，通过MATLAB仿真验证了该结构的优越性。 |
| 作者： | 周末 |
| 专业： | 电力电子与电力传动 |
| 导师： | 王果 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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