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基于五电平三相-单相变换器的多牵引变电所并网控制研究
| 论文题名： | 基于五电平三相-单相变换器的多牵引变电所并网控制研究 |
| 关键词： | 供电系统;变换器;牵引网阻抗;多牵引变电所;并网控制 |
| 摘要： | 由于机车负载容量的增大，现行铁路牵引供电系统无功、谐波、三相不平衡等问题日益突出，过分相的存在使机车运行速度及电能质量大大降低。基于三相-单相变换器的贯通式同相供电系统是一种新型的牵引供电系统，其通过可控电力电子器件实现三相/单相变换，可彻底取消过分相装置，实现牵引网的全线贯通，因此受到了广泛的关注。本文主要对基于五电平二极管钳位三相-单相变换器的多牵引变电所并网进行研究，从理论、仿真、实验等方面验证了整个系统并网的可行性。 首先，研究了三相五电平二极管钳位整流器的拓扑结构及数学模型，并基于其端口电压的数学模型采用三相dq解耦的控制策略;分析了单相五电平二极管钳位整流器的拓扑结构及数学模型，并根据控制模型采用简化改进的单相pq分解控制策略，其能够可靠的调节交流侧无功功率的输出;研究了直流侧均压的控制方式以及变换器的调制策略。 其次，研究了并网的拓扑结构，提出了基于可控逆变电压源及可控功率源的全电力电子器件的混合并网系统。计算牵引网阻抗，并分析了牵引网阻抗对功率源输出电压的影响;研究了两变电所之间的环流特性，基于下垂控制的思想提出了一种适用于牵引供电的并网控制策略，并对并网控制器进行了设计，相对于传统下垂控制方案受限于它的固定系数而无法快速调节变电所功率输出的不足，该方案能根据机车负载的投切来实时监测变电所与牵引网连接处电压相位与幅值变化，得到所需的有功电流及无功电流的参考值，从而控制各个牵引变电所的功率输出。 在上述研究的基础上，本文通过Matlab/Simulink对两个变电所及三个变电所并网系统分别进行了仿真，仿真结果表明在机车负载投入或者切除时，所提出的并网控制策略都能实时控制各个牵引变电所的功率输出，保持各牵引变电所输出幅值、相位、频率一致的交流电压并入牵引网，最终实现多牵引变电所的贯通并网及稳定运行，稳态及动态性能良好。 最后，设计了基于现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)控制器的低电压小功率实验平台，分别进行了三相五电平二极管钳位整流实验、单相五电平二极管钳位整流实验、三相-单相背靠背系统并网实验以及两个牵引变电所并网实验，实验结果验证了主电路拓扑结构、三相和单相侧控制策略以及并网控制策略的合理性和可行性。 |
| 作者： | 赵莉 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 舒泽亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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