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基于MMC储能的牵引供电系统控制及故障保护研究
| 论文题名： | 基于MMC储能的牵引供电系统控制及故障保护研究 |
| 关键词： | 城市轨道交通;牵引供电系统;制动能量回收;模块化多电平换流器;控制策略;故障保护 |
| 摘要： | 在大力推行绿色可持续发展理念的背景下，城市轨道交通因其容量大、噪声小、速度快而逐渐成为城市绿色出行的最佳选择，由于轨道列车运行时到站离站需要频繁地启停，其产生大量的制动能量对直流牵引电网进行冲击，很可能造成不可逆的损坏。针对此种情况，对再生制动能量回收利用已成为亟需解决的问题。本文以契合轨道列车制动能量特点的储能回馈为出发点，对城市轨道供电牵引系统的控制及故障保护进行研究。 文章分析轨道列车的运行特点及供电需求，对现有的几种城轨供电系统进行性能、经济性、实现难易等方面对比，最终采取以超级电容经双向DC/DC接入模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter-SupercapacitorEnergyStorage,MMC-SC)的方式实现储能回馈手段。 在对储能MMC模块的拓扑结构、基本原理、数学模型以及调制参数进行建模分析的基础上，提出一种带有功率前馈的环路PID充电控制策略，改进的控制策略可以实现抑制各个子模块电容电压波动;并对系统直流侧电压采取三层综合控制，以维持直流侧电压稳定。 考虑在地铁列车实际工作时其三种运行状态对牵引直流网侧电压的影响，对MMC储能的牵引供电系统进行建模分析;采取了以控制永磁同步电机转速手段模拟地铁列车的实际运行工况，并对MMC储能的牵引供电系统进行矢量控制建模;在仿真中验证了本文所提出的储能MMC系统能够有效抑制牵引直流网侧电压波动。 最后对MMC-SC系统的故障保护进行研究，在考虑经济性和实用性的基础上，设计了一种带有双向开关故障保护的储能MMC子模块，并对其故障保护原理和耐压性进行数学分析，分析结果表明了其故障保护的可行性;实验结果表明带有保护装置的MMC-SC牵引供电系统在直流侧发生故障时能够有效的切断直流侧故障电流，维持牵引供电系统的安全性。 |
| 作者： | 王奎 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 张茂松;陶磊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 安徽大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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