高速动车组辅助供电系统的研究

论文摘要

随着高速铁路技术在我国的迅速发展,高速铁路动车组技术的消化吸收是我国铁路建设急需要解决的问题。而高速铁路动车的辅助供电系统作为其重要组成部分,除了像传统机车那样担负牵引电机的辅助作用,还担负起了车内乘客安全和乘坐环境维持系统的用电,其作用更加重要。本文针对高速铁路辅助变流系统进行了研究,所做的主要工作如下：1)本文从辅助供电系统的主要部分入手,分析研究了变流器的主要性能。对辅助供电系统常用变流器的拓扑情况作了基本的阐述,在此基础上详细分析了几种整流器和逆变器的输入输出相应、逆变器的不同调制方法,以及相应的控制方法。此后,通过采用模拟仿真的方法研究了在负载变化时输入输出波形变化情况下,几种拓扑的输出相应并对输出波形的频谱进行了分析。2)本文介绍了目前我国引进的四种动车组的辅助供电系统,分析了其工作模式,并对负载情况进行了仿真研究。值得注意的是：在以往的情况下,辅助供电系统的主要负载往往是单一的几个大功率电机,但在高速列车供电系统中辅助供电系统的负载将扩大到整个旅客供电系统（辅助列车运行的牵引电机、变压器的强迫风冷风机、维持车厢内乘车环境的客车供电系统中的生活用电设备等）,考虑到这将对今后列车辅助系统的供电的设计产生较大影响,本文针对这种变化提出了在高速列车辅助变流器设计时的几点建议。3)在深入分析了解这几种辅助供电系统的基础上,从运行效率,输出电压制式,正常和非正常运行模式及故障情况对其进行了详细的比较和分析。分析结果表明,综合来看,采取直-交式变流形式,从主整流侧中间直流处取电,多逆变器并联向交流母线供电的方案是一个较优方案。4)针对以上结论,着重研究了多逆变器并联运行的情况。通过对其等效拓扑的研究,导出了逆变器并联中的关键因素——环流的表达式,并从表达式中分析了影响环流的几个关键因素：各逆变器输出电压的幅值、频率和相位的差异,并用仿真验证。5)针对解决逆变器并联的四种常用控制策略进行了介绍和仿真分析,根据仿真结果,提出了改进型的主从式控制策略较为适合应用于动车辅助供电系统的结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外动车组辅助供电系统的研究现状
• 1.2.1 国外动车组辅助供电系统的现状
• 1.2.2 国内辅助供电系统的研究情况
• 1.2.3 对现状的简单分析与评价
• 1.3 本文研究的主要内容,工作与方法
• 1.3.1 本文研究的主要内容
• 1.3.2 本文研究的方法和技术路线
• 第二章 高速动车组辅助供电系统常用的整流和逆变电路基本拓扑分析
• 2.1 桥式整流电路
• 2.1.1 相控整流电路
• 2.1.2 脉冲整流器
• 2.2 交流逆变电路
• 2.2.1 逆变器主电路的基本形式
• 2.2.2 推挽式方波逆变器
• 2.2.3 电压型半桥式方波逆变器
• 2.2.4 电压型全桥式方波逆变器
• 2.3 正弦波逆变电源的调制方法
• 2.3.1 两电平SPWM调制的正弦波逆变器
• 2.3.2 三电平SPWM调制的正弦波逆变器
• 2.3.3 两电平和三电平SPWM调制的正弦波逆变器的谐波比较
• 2.3.4 SVPWM调制的正弦波逆变器
• 2.4 本章小结
• 第三章 现有高速铁路动车组辅助供电系统的方案及其仿真研究
• 3.1 CRH1型动车组的辅助供电系统分析与仿真
• 3.1.1 CRH1型动车组的辅助供电系统主电路及参数
• 3.1.2 CRH1型动车组辅助供电系统的运行模式分析
• 3.1.3 CRH1型动车组辅助供电系统的分析与仿真
• 3.2 CRH2型动车组的辅助供电系统分析与仿真
• 3.2.1 CRH2型动车组的辅助供电系统主电路及参数
• 3.2.2 CRH2型动车组辅助供电系统的运行模式分析
• 3.2.3 CRH2型动车组辅助供电系统的仿真
• 3.3 CRH3型动车组的辅助供电系统分析与仿真
• 3.3.1 CRH3型动车组辅助供电系统的运行模式及分析
• 3.4 CRH5型动车组的辅助供电系统分析与仿真
• 3.4.1 CRH5型动车组的辅助供电系统主电路及参数
• 3.4.2 CRH5型动车组的辅助供电系统的供电模式
• 3.4.3 CRH5型动车组的辅助供电系统的仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 四种车型辅助供电系统的比较分析
• 4.1 动车组的辅助供电系统供电模式的比较
• 4.1.1 三种直-交模式供电的辅助系统的比较
• 4.1.2 采用交-直-交供电模式的分析
• 4.2 辅助供电系统输出电压制式的比较
• 4.3 辅助供电系统运行效率的比较
• 4.4 辅助供电系统在非正常工作模式下的比较
• 4.4.1 辅助供电系统在受电弓失电时的工作模式比较
• 4.4.2 辅助供电系统在变流器故障状态时的工作模式比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 辅助变流器并联技术研究
• 5.1 逆变器并联运行的主电路分析
• 5.2 逆变器并联环流分析
• 5.2.1 当两个逆变器输出电压不相等时的环流研究
• 5.2.2 当两个逆变器输出频率不相等时的环流研究
• 5.2.3 当两个逆变器输出相位不同步时的环流研究
• 5.3 逆变器并联的控制策略和仿真分析
• 5.3.1 集中控制方式
• 5.3.2 主从控制方式
• 5.3.3 3C控制方式
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文