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混合动力动车组网侧变流器的研究
| 论文题名： | 混合动力动车组网侧变流器的研究 |
| 关键词： | 混合动力动车;网侧变流器;主电路结构;双闭环控制技术 |
| 摘要： | 混合动力动车组是一种具有两种动力输入的新型动车组车型，可以采用接触网供电或动力电池（柴油发电机）等不同供电方式。其中，网侧变流器作为连接交流接触网与牵引逆变器/DCDC电池控制器之间的接口，采用了单相PWM整流器的拓扑，具备能量双向流动、直流电压可控、交流谐波含量低等优点。在列车牵引时网侧变流器将交流电整流成直流电，为牵引逆变器提供稳定的直流电压;列车制动时，网侧变流器将列车的制动能量进行逆变，回馈到电网，实现了能量的回收利用。本文对混合动力动车组网侧变流器的主电路及控制技术展开研究，并通过大量的仿真和实验进行了验证。 首先，对高速动车组的网侧变流系统方案进行研究。分别介绍了CRH1、CRH2、CRH3、CRH5型动车组的编组情况以及牵引供电变流系统的结构，并重点对比分析了每种车型网侧变流器的主电路拓扑的优缺点。最后结合混合动力动车组的供电模式特殊性，提出了混合动力动车组网侧变流器的主电路结构，并明确了系统的设计参数。 其次，结合网侧变流器的主电路拓扑结构，在分析了主电路的工作原理以及每个元件在电路中所起的作用后，提出了网侧变流器等比例样机主电路参数设计方法与等效原则，并结合网侧变流器的实际参数进行了计算，搭建了等比例的小实验样机。借助Matlab仿真和实验进行了验证，结果表明，采用该等效原则设计的等比例样机在动静态特性上都与实际系统具有很好的一致性。 再次，对网侧变流器的控制策略进行了研究。首先介绍了三相PWM整流器在静止坐标系和旋转坐标系下的数学模型，从而引出单相PWM整流器在旋转坐标系下的控制模型，并介绍了控制器的参数设计方法。然后分析了传统的基于同步旋转坐标系下的控制策略，并提出了一种改进后的构造虚拟正交坐标轴的方法，使系统能够更快的跟踪实际电流的变化，改善了系统的动态特性。基于此同时也介绍了软件锁相环的设计和载波移相控制方法。通过仿真验证了改进型控制策略比传统型存在的优势。 最后，参与搭建了基于混合动力动车组牵引供电变流系统的实验平台，重点进行了网侧变流器的本体功能实验，包括基本动静态特性、载波移相、功率温升等实验。并参与实现了与牵引传动系统的联调、以及与DCDC动力电池模拟过分相区的配合联调。通过对大量实验波形和数据的分析总结，验证了本文提出的主电路结构和控制策略的有效性，以及理论分析的正确性。 |
| 作者： | 杨帆 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 刘志刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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