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基于二极管钳位三电平的地铁再生制动能量回馈变流器控制器的研制
| 论文题名： | 基于二极管钳位三电平的地铁再生制动能量回馈变流器控制器的研制 |
| 关键词： | 地铁再生制动;能量回馈变流器;控制器;二极管钳位型三电平变流器 |
| 摘要： | 城轨交通运行间距短，启动制动频繁。早期车辆都采用制动电阻将制动能量转化为热能，不仅浪费大量的电能，同时释放的热量会增加隧道温升。采用能馈变流器将制动能量回馈到交流牵引电网实现再生制动能量的利用是目前城轨交通再生制动能量利用最成熟的一种方式。与两电平相比，三电平能馈变流器在效率、成本等多方面具有优势，是一种发展方向。本文结合“三电平地铁再生制动能馈变流器”项目，开展二极管钳位型三电平能馈变流器控制器的开发。结合项目，本文主要完成了以下工作: 工作原理分析。研究了二极管钳位型三电平变流器的主电路拓扑结构与工作原理，并在此基础上采用矢量分析法分别在ABC坐标系和dq坐标系下建立三电平能馈变流器的数学模型。根据三电平变流器在dq坐标系下的数学模型，建立了电压、电流双闭环控制模型。最后本文详细地分析了SPWM和等效SVPWM两种调制策略，阐述了两种调制策略各自的特点。 控制算法仿真验证。基于MATLAB/Simulink平台，根据地铁供电系统的参数，搭建了二极管钳位型三电平变流器的仿真模型。在开环仿真中主要观察了驱动波形以及逆变输出的线电压与相电压波形，验证了主电路参数与调制策略的正确性。研究了在使用SVPWM调制时的中点电压钳位控制算法，并对其进行了仿真验证;在闭环试验中主要观察了在直流侧电压突增和突减时交流侧的相电流波形，验证了在双闭环控制下系统具有较好的稳定性与动态响应速度。 控制器和主电路硬件设计。基于“三电平地铁再生制动能馈变流器”项目技术要求，设计了以FPGA+ARM控制核心为基础的接口底板。该接口底板具有24路模拟信号处理电路、44路数字信号隔离电路、12路PWM信号隔离放大电路。此外，基于三电平实验平台设计了二极管钳位型三电平变流器主电路板，并以此为基础搭建了三电平实验平台。 系统实验验证。本文基于Quartus平台编写了二极管钳位型三电平变流器的调制与控制算法，并在三电平实验平台上对算法进行了调试，完成了开闭环实验与并网实验。实验结果表明:(1)以ARM+FAPGA为核心的控制器能够满足采样精度，运算速度，存储与通信上的要求。(2)调制与控制算法能够满足预期设计，系统能够实现恒流控制，无功补偿等功能;中点钳位控制算法能够迅速地对中点电压的偏移进行控制，并且能够使初始就存在的中点电压偏移回归零点。 |
| 作者： | 彭博 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 郭育华 |
| 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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