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原文传递 V/v牵引供电系统电能质量综合补偿技术研究

论文题名：	V/v牵引供电系统电能质量综合补偿技术研究
关键词：	电气化铁路;牵引供电系统;电能质量;功率调节器;负序电流;无功补偿
摘要：	我国制定的中长期铁路网规划明确表示，到2020年我国主要干线铁路都将实现电气化。目前，我国电气化铁路大量采用结构简单、成本低廉的V/v牵引供电系统，牵引负荷产生的负序电流通过V/v牵引变压器注入公共电网；同时电气化铁路上混跑的交直型和交直交型电力机车需消耗大量无功功率，降低电网功率因数。因此，负序和无功成为V/v牵引供电系统的主要电能质量问题，严重时将影响公共电网的运行安全，必需进行相应治理。传统电能质量补偿装置具有体积大、动态性能差等缺陷；基于背靠背结构的铁路功率调节器(Railway Static Power Conditioner，RPC)将牵引变电所作为一个整体对负序和无功进行综合补偿，在相邻两供电臂间建立了电气联系，可平衡供电臂上有功电流，从而减小负序电流；RPC系统中两侧变流器可分别对相邻两供电臂上的负荷进行无功补偿，从而有效减小牵引负荷对公共电网的影响。论文的主要工作及创新点如下：　　(1)从V/v牵引供电系统基本原理入手，通过分析V/v牵引变压器的接线方式、原副边之间电压和电流的向量关系，阐述了V/v牵引供电系统中负序电流形成原因。介绍了RPC系统整体结构和基本组成部分，运用矢量分析方法对RPC系统的负序电流和无功功率补偿原理进行了详细分析，揭示了RPC系统的负序和无功补偿机理。　　(2)研究了基于同步旋转坐标系的双闭环结构的RPC系统控制策略，可实现电流的无静差控制，还可对有功和无功功率进行独立控制。通过对RPC系统稳态运行状况和四象限运行条件进行深入分析，建立其基频控制模型。为了提高电流跟踪响应速度，采用电流内环和功率、电压外环的双闭环矢量控制方法，内外环调节器均使用PI控制器，并对PI控制器参数进行详细计算。介绍了RPC系统主电路参数设计方法。为了实现RPC系统对负序和无功的实时补偿目标，提出了有功和无功补偿参考电流实时检测方法。　　(3)建立了基于V/v牵引供电系统的RPC系统仿真模型，并对系统仿真参数进行详细设计。采用阻感性负载作为机车等效负荷，在仅有一相供电臂带负荷和两相供电臂带不等值负荷的两种不同工况下进行仿真分析，仿真结果验证了RPC系统对V/v牵引供电系统中负序和无功问题具有很大的改善作用。　　(4)提出一种新型单相锁相环，在非理想电网环境下，具有良好的动态性能。为了实现RPC系统在频率突变、电压跌落和谐波污染等电网环境下准确锁相的目标，提出了一种基于可变采样周期原理的单相锁相环，通过调整采样时间来控制输出电压相位信号，在频率突变时可及时跟踪相位变化，响应速度快；采用优化后的戈泽尔滤波器滤除相位差中谐波分量，滤波效果好。仿真结果验证了该锁相环的有效性。
作者：	陈少杰
专业：	电气工程
导师：	马茜
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湘潭大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文