详情

原文传递 SS系列电力机车主电路谐波抑制研究

论文题名：	SS系列电力机车主电路谐波抑制研究
关键词：	电力机车;谐波含量;PFC电路;APF电路;仿真分析
摘要：	近年来，交直型电力机车在铁路发展中就节能减排、列车提速和安全运行等方面具有明显优势。电子技术的快速发展加快了电力机车的不断改进，随着电力机车大规模投入运行，机车功率逐步增大，对供电能力和可靠性要求也逐步提高。机车作为特殊牵引负荷在运行中产生谐波电流、负荷波动、负序电流等问题，这些问题严重影响着电网安全运行。所以研究机车负载引起谐波、负序问题及其对电能质量不利影响，并进一步提出可靠有效治理方案，实现对输入电流谐波抑制，提高机车运行过程中安全性和稳定性对铁路部门也具有十分重要实际意义。　　SS系列电力机车既能满足山区线路的特殊要求并且对其他电力机车的改进具有理论指导意义，故而本文以SS系列中的SS4G型电力机车作为研究对象。因其主电路中存在大量电力电子开关及非线性负载致使系统谐波较大，为抑制SS4G电力机车主电路谐波，引入PFC（PFC:Powerfactioncorrection）电路和APF（APF:Activepowerfilter）电路。首先，根据PFC电路工作原理，搭建了相应PFC电路进行仿真分析，根据仿真分析结果提出了PFC电路尖峰段和间断段波形抑制措施。改善尖峰段波形时，通过引入吸收电阻及平滑电容使输入侧电流谐波含量降低；改善间断段波形时，通过引入倍压器电容及吸收电阻依次将谐波含量降低。将两种抑制措施结合设计出了改进型PFC电路其可将输入侧电流谐波含量大幅度降低。进而给出了适用于SS4G型电力机车的改进型PFC电路并将改进型PFC电路应用于SS4G型电力机车中，通过仿真实验验证了理论分析的正确性。　　接着，根据PFC电路仿真结果分析，继续利用扩大导通角的方法减小PFC电路谐波，其方法是：采用在原有PFC电路上增加并联电容层数。将并联电容层数依次从3增加到5时，通过仿真结果发现其对应输入侧电流谐波含量依次降低，当并联电容层数增加得到6时波形改善程度较5层时效果并不明显。因此选取电容层数为5时PFC电路做进一步改善，其输入侧电流导通角增加且其尖峰段有所改善。与填谷电路向负载输送大部分功率相比，填充间隙所需额外功率非常小，在间断段只需少量功率补充缺失电流。达到提高逐流电路PFC效果后应用于SS4G型电力机车中，通过仿真实验验证了理论分析的正确性。　　最后，根据APF电路的工作原理，采用并联APF为抑制主电路，建立了其三相电路基本模型，分析了控制电压、电流之间耦合关系。在解耦控制变量基础上给出了其在旋转坐标系下数学模型，外环电压控制量采用PI控制策略，内环电流控制量采用滞环比较策略。接着为实现控制电流实时跟踪及高次谐波抑制，由APF电路模型依次推演了APF的输出电压、电容值及滤波电感值。根据分析给出了APF三个主要参数值，并搭建了相应的仿真模型。最后，仿真结果显示SS4G型机车电路交流侧三相电流谐波依次降低，验证了理论分析的有效性。
作者：	王向荣
专业：	车辆工程
导师：	石广田
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022