电气化铁路电能质量调节器的研究

论文摘要

我国电气化铁路采用25kV单相工频交流供电制式,同时电力机车又为典型的整流负载,因此电气化铁路运行给电力系统带来三相不平衡、电压波动、谐波电流和低功率因数等电能质量问题,虽然目前已采取了相关治理措施,但功能单一、效果有限。本文根据平衡牵引变电所的负荷特点,全面分析了在该供电方式下,牵引负荷造成的电力系统三相不平衡和电压波动,得出实现平衡供电的条件,从而本文提出一种基于平衡牵引变压器的电能质量调节器,提供了一种综合解决上述电气化铁路电能质量问题的技术方案。本文介绍了电能质量调节器的主电路结构和工作原理；分析了包括负载、电能质量调节器和牵引变压器在内的系统电压、电流及功率关系；然后分析了在考虑无功负序补偿度的条件下,调节器综合补偿数学模型。通过建立调节器的稳态物理模型,分析装置稳态运行情况,提出调节器的两侧变流器分别采用定直流电压和定有功功率的控制策略,给出了装置的直流电容和连接电抗器的设计方法,为了提高装置的响应速度和克服两态滞环调制的缺陷,本文应用三态滞环开关调制算法,用来减小调节器开关频率和输出谐波电流。重点分析了三态滞环的工作原理和开关状态转移逻辑。基于牵引变电所的电能质量实测数据和本文提出的参数设计方法,利用电磁暂态仿真平台EMTDC/PSCAD,对调节器的控制策略和调制算法进行了仿真研究。开发了低压实验模型,分别在纯电阻负载、二极管整流负载情况下对调节器进行了有功转移和无功及谐波补偿的实验,仿真和实验结果证明了控制策略和调制算法的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 电气化铁路电能质量问题及其影响
• 1.2.1 牵引供电系统及牵引负荷的特点
• 1.2.2 电气化铁路客运专线电能质量测试
• 1.2.3 电气化铁路牵引负荷对电力系统的影响
• 1.3 目前采用的改善电气化铁路电能质量的措施
• 1.3.1 优化牵引供电方式
• 1.3.2 无功补偿装置技术
• 1.4 本文的主要研究内容和所做的工作
• 第二章 电铁电能质量调节器的工作原理及补偿容量分析
• 2.1 采用平衡变压器牵引变电所的负荷特点
• 2.1.1 牵引负荷引起的系统不平衡
• 2.1.2 牵引负荷引起的三相系统电压波动
• 2.2 电能质量调节器的结构与工作原理
• 2.3 系统电压电流及功率关系
• 2.3.1 系统电压电流关系
• 2.3.2 系统功率关系
• 2.4 调节器补偿容量与无功负序补偿剩余度的关系
• 2.4.1 调节器无功负序综合补偿数学模型
• 2.4.2 无功负序补偿剩余度与补偿容量的关系
• 2.5 本章小结
• 第三章 电能质量调节器的稳态物理模型及主电路参数设计
• 3.1 调节器的稳态物理模型
• 3.2 调节器稳态运行分析
• 3.3 电能质量调节器的控制策略
• 3.4 调节器主电路参数设计
• 3.4.1 直流侧储能电容参数的确定
• 3.4.2 连接电抗器参数的确定
• 3.5 本章小结
• 第四章 电铁电能质量调节器控制策略及仿真研究
• 4.1 单相负载有功、无功及谐波电流检测
• 4.2 系统控制策略
• 4.2.1 M侧变流器控制策略
• 4.2.2 T侧变流器控制策略
• 4.3 电能质量调节器的开关调制算法
• 4.3.1 两态滞环调制原理
• 4.3.2 三态滞环调制方法
• 4.4 电能质量调节器的仿真分析
• 4.4.1 仿真模型的建立
• 4.4.2 仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 电铁电能质量调节器的实验研究
• 5.1 物理模型的总体结构
• 5.1.1 调节器主电路
• 5.1.2 调节器控制电路
• 5.2 控制系统软件设计
• 5.3 物理模型的实验及分析
• 5.3.1 无补偿时变压器原副边电流
• 5.3.2 调节器有功转移实验结果
• 5.3.3 调节器无功补偿和谐波抑制实验结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文研究工作总结
• 6.2 今后的工作与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作