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原文传递电气化铁路电能质量治理的关键技术研究

论文题名：	电气化铁路电能质量治理的关键技术研究
关键词：	电气化铁路;电能质量;综合治理装置;检测算法;电流源;复合控制
摘要：	随着电气化铁路的快速发展，电力机车负荷快速增长。电力机车负荷作为大功率单相整流负荷，接入电气化铁路牵引供电系统，会严重影响电力系统的电能质量，对电力系统安全、稳定以及经济运行造成了很大的威胁。因此，必须采取有效措施来改善电气化铁路电能质量。本文对电气化铁路电能质量综合治理装置及其关键技术展开研究。　　第一部分对电气化铁路电力机车负荷电能质量特性分模块仿真研究。首先，简单介绍电气化铁路直流传动电力机车和交流传动电力机车结构和工作原理，选择SS3B型电力机车和CRH3动车组分别代表直流传动电力机车与交流传动电力机车作为研究对象。其次，在仿真环境下分模块模拟这两种电力机车在不同工况下的电能质量特性。最后，通过仿真结果总结出电气化铁路电力机车负荷的电能质量特性。　　第二部分设计了电气化铁路电能质量综合治理装置。首先，总结了目前电气化铁路电能质量治理的一些传统方法及其优缺点，在此基础上，确定了电气化铁路电能质量综合治理装置设计方案，提出了单相有源电力滤波器通过耦合变压器与附加电感并联，再与无源滤波器组串联之后并入电网的综合治理装置拓扑结构。其次，分析了综合治理装置工作原理，并确定了综合治理装置主电路参数设计方法。最后，列举了本文提出的综合治理装置的关键技术。　　第三部分对综合治理装置的补偿电流检测算法进行了研究。首先，在对三相系统的ip-iq法简述及三种单相电路推广检测算法对比分析的基础上，确定了构造两相垂直坐标补偿电流检测算法适用于综合治理装置补偿电流检测。其次，通过对该检测算法中锁相环(PLL)与低通滤波器(LPF)两个重要环节的改进，得到了优化的构造两相垂直坐标补偿电流检测算法。最后，通过理论和仿真分析，验证了该优化检测算法能快速准确检测补偿电流。　　第四部分对综合治理装置的控制策略进行了研究。首先，在综合治理装置建模的基础上，研究电流源复合控制策略下综合治理装置的稳定补偿特性和谐振抑制特性，理论和仿真验证电流源复合控制策略下综合治理装置具有较好地稳定补偿特性和谐振抑制特性。其次，简述目前PWM跟踪控制方法及其优缺点，并利用简化开关函数法对综合治理装置主电路建模并分析其PWM控制要求，在此基础上，选择跟踪型三角载波PWM控制方法作为综合治理装置的控制方法，仿真验证该方法具有较好的控制效果。再次，采用瞬时能量平衡法对综合治理装置直流侧电压PI稳定控制建模，从而得到直流侧电压PI闭环稳定控制模型，并推导出PI控制器参数Kp和KI的取值范围，理论和仿真验证基于瞬时能量平衡建模直流侧电压PI闭环稳态模型有效性及控制参数取值范围的准确性。最后，在确定综合治理装置各项关键技术的基础上，搭建综合治理装置仿真模型，验证综合治理装置工作性能。　　第五部分提出了综合治理装置实验样机的整体设计方案。详细研究综合治理装置测控系统硬件电路和软件控制流程的设计方法，在此基础上，研制综合治理装置实验样机，通过实验验证主电路结构、检测算法、控制策略功能及整个实验样机工作性能。
作者：	王立峰
专业：	电气工程；电力电子与电力传动
导师：	郑建勇
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文