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单相三电平LCL电力牵引网侧变流器参数设计与控制方法
| 论文题名： | 单相三电平LCL电力牵引网侧变流器参数设计与控制方法 |
| 关键词： | 动车组;电力牵引传动系统;LCL型变流器;参数设计;阻尼控制 |
| 摘要： | 随着我国现代交流传动技术在高速动车组上的广泛应用，牵引网与牵引传动系统相互耦合形成谐振回路，产生的车网耦合高频谐振现象日益突出。为解决此问题，在动车组电力牵引传动系统交流侧采用LCL滤波器代替L滤波器成为一种新的有效途径。为对LCL型变流器进行探究，本文依托于国家自然科学基金项目“高速动车动态非线性负荷建模及基于其特性优化的谐波谐振抑制研究（编号:51207131）”，以单相三电平LCL电力牵引网侧变流器为研究对象，对LCL滤波器的参数设计以及控制算法进行深入的理论分析与研究。具体研究工作如下: 首先，本文分析与建立了单相三电平LCL电力牵引网侧变流器的拓扑结构和数学模型。并根据该数学模型及变流器的调制算法，对变流器的网侧高次谐波电流分布情况进行了简要分析，同时，以此为理论依据，为后续的LCL滤波器参数优化设计与系统的控制策略奠定了基础。 其次，基于对LCL滤波器二端口网络频域阻抗函数的深入研究，建立了系统电流内环的数学模型，并对LCL滤波器的性能进行了分析。接着，针对LCL滤波器的参数设计，本文将传统的设计方法与图表法相结合，以谐波等效电路为基础，分别推导出了网侧谐波电流含量、电感比、滤波电容、谐振频率之间的关系表达式。通过对离散系统的分析，将LCL滤波器自身谐振频率的设计范围扩大到了5/6倍的开关频率，从而大大减小了滤波元件的取值，增大了系统带宽。最后，综合考虑各元件的约束条件，给出了一种适用于电力牵引网侧变流器的LCL滤波器参数优化设计方法，并通过仿真验证了该方法的有效性。 再次，为保证系统的稳定运行，避免LCL滤波器自身谐振问题，本文借鉴三相LCL型脉冲整流器中的阻尼算法，通过采用变流器侧电流反馈方式，分析了无源阻尼法、虚拟电阻法应用于单相三电平LCL电力牵引变流器的可行性。同时，鉴于设计成本及功率损耗问题，采用了一种带通滤波器法控制策略，并通过仿真验证了该算法的有效性。 最后，基于RT-LAB和TMS320F28335DSP控制器的硬件在环仿真平台，设计了牵引网与动车组的耦合系统及变流器的控制系统，并在半实物实时仿真平台上完成了对单相三电平LCL电力牵引网侧变流器参数设计及控制算法的验证，进一步验证了其正确性和有效性。 |
| 作者： | 焦石磊 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 丁荣军 |
| 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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