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原文传递机车电力电子变压器控制策略研究

论文题名：	机车电力电子变压器控制策略研究
关键词：	电力机车;电力电子变压器;控制策略;电压平衡
摘要：	牵引变压器是电力机车牵引传动系统中重要的组成部分。作为一种工频变压器，其体积、重量较大，不利于高速铁路轻量化发展。因此，研发体积小、重量轻、效率高的新型电力机车牵引变压器具有十分重要的意义。电力电子变压器作为一种利用电力电子技术实现电能变换的新型变压器，可以用于替代传统电力变压器，实现更加智能化的控制。本文以AC-DC-AC变换型、输入串联输出并联式级联型电力电子变压器作为研究对象，从输入级整流变换、隔离级DC-DC变换这两个环节的控制方面着手，针对整流电压平衡、功率均衡等几个特定问题进行了深入的研究。　　本文针对整流环节直流电压不平衡现象的成因进行了研究。通过建立损耗等效模型的方式进行分析计算，得出影响直流母线电压大小的因素主要为输出负载、系统本身的并联损耗、混合型损耗以及脉冲信号延迟。从功率单元传输功率角度进一步分析，阐释了整流电压平衡策略的原理，即网侧吸收功率与单元传输功率相互匹配。　　本文提出了一种新型比例式脉冲补偿电压平衡策略。传统比例式脉冲补偿电压平衡策略对不同负载工况自适应性差，本文通过将功率单元平均直流电流这一状态量引入控制中，有效地解决了这一问题，使整流环节在整流、逆变以及轻载、重载等不同负载工况下都能很好地实现直流电压平衡。　　本文提出了一种整流电压平衡策略可控域分析方法。通过对控制过程中整流环节相关状态量需要满足的约束条件进行研究，分析并总结出了2级级联整流电压平衡控制韵可控域表达式，并进一步推广到了3级乃至多级级联整流的平衡控制中。平衡策略的可控域表现形式为在特定工作条件下整流环节传输功率具有一定的上限值，可以用于指导整流环节设计与应用。　　本文对隔离级DC-DC变换器的控制进行了研究。通过建立变换器等效模型，从基波相量关系、变换器工作波形两个方面入手分别计算得出变换器传递基波功率、总功率的表达式，并据此得到变换器的基本控制方案。与此同时，本文还对隔离级DC-DC变换环节的反馈式功率均衡控制策略进行了研究。反馈式功率均衡策略对各单元实际传递功率进行采集，并将其作为反馈量参与控制，利用功率环调节器快速消除各级传递功率差异，有效地实现了各级传递功率均衡。　　本文提出了一种功率指令补偿式整流电压平衡控制策略。将整流电压平衡策略的能量角度诠释与功率均衡控制策略相结合，得到了通过调节隔离级DC-DC变换环节的传递功率实现电压平衡的新方案。具体的实现方式是根据整流环节直流电压偏差情况，在反馈式功率均衡策略各级传递功率指令值中加入补偿修正，以实现整流电压平衡。由于该功率指令补偿策略由隔离级DC-DC变换环节控制实现，不需要在整流环节调节脉冲以致影响功率单元交流端电压，在网侧谐波特性方面更具优越性。
作者：	李响
专业：	电气工程
导师：	游小杰
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文