电气化铁路两相牵引供电系统的平衡协调控制

论文摘要

电气化铁路的负序，谐波以及无功问题一直以来都是各国科研工作者分析和试图解决的重点问题，其对电气化铁路及公共电网均会产生不良的影响，因此，消除电气化铁路的负序，谐波以及无功问题十分重要。如何能够一次性全部消除这三大问题是一个十分值得研究的课题。本文提出了一种电气化铁路两相牵引供电的平衡协调控制方案。基于BT牵引供电方式，通过对四种不同接线形式牵引变压器一二次侧电流与电压关系的分析，获得了完全消除牵引变压器三相电网侧负序及无功电流时，牵引变压器应向其二次侧两侧牵引供电臂输出的理想电流的表达式。同时，利用理想电流表达式，计算获得理想电流有效值与原两侧供电臂负荷电流基波有功分量之间的关系式。通过对现有无功与谐波电流检测方法的分析，并基于电气化铁路的单相电路结构，选用基于鉴相原理的单相瞬时电流检测法作为两相平衡协调装置的电流检测方法。根据此电流检测方法及牵引变压器应输出的理想电流表达式，绘制了60°接线及90°接线牵引变压器的电流检测框图。通过对FACTS装置的了解，以及对其控制方法的分析，搭建出能满足同时消除三大问题的两相平衡协调控制装置。其基于电压型变换器，采用两个单相双桥臂STATCOM进行背靠背连接，直流侧采用恒电压且并联一大电容以缓冲能量。分析采用双滞环电流比较状态优化控制方法作为两相平衡协调控制装置的控制方法。利用Matlab/Sumlink软件对此两相平衡协调控制装置的控制效果进行仿真研究，对此装置平衡两侧供电臂有功功率，调控两侧无功功率分布，调节两侧电流相角的能力进行了逐一检测。同时，还对其检测和消除谐波电流的能力进行了测验，结果表明，此两相平衡协调装置能起到消除三相电网侧负序电流，提高功率因数，并抑制谐波电流的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 电气化铁路的优越性
• 1.2 电气化铁路存在的问题及现有对策
• 1.2.1 电气化铁路存在问题分析
• 1.2.2 现有针对电气化铁路存在问题的对策
• 1.3 电气化铁路供电方式简介
• 1.3.1 带回流线的直接供电方式（DN 供电方式）
• 1.3.2 吸流变压器供电方式（BT 供电方式）
• 1.3.3 自耦变压器供电方式（AT 供电方式）
• 1.4 本文主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 两相供电平衡协调方案及牵引变压器负序分析
• 2.1 两相牵引供电平衡协调控制方案
• 2.2 牵引供电系统不平衡情况分析
• 2.3 Vv 联结牵引变压器接线与负序分析
• 2.4 Yd11 联结牵引变压器接线与负序分析
• 2.5 斯科特（Scott）联结牵引变压器接线与负序分析
• 2.6 Y 联结阻抗匹配平衡变压器接线与负序分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 无功与谐波电流检测方法
• 3.1 谐波与无功电流检测方法介绍
• 3.1.1 现有电流检测方法概述
• 3.1.2 基于瞬时功率理论的三相 p-q 检测法
• 3.1.3 基于瞬时功率理论的三相 ip-iq检测法
• 3.1.4 基于瞬时功率理论的单相电路电流检测法
• 3.2 基于鉴相原理的单相瞬时功率检测法
• 3.2.1 基于鉴相原理的单相瞬时检测法
• 3.2.2 Vv 联结变压器的电流检测分析
• 3.2.3 Yd11 联结变压器电流检测分析
• 3.2.4 斯科特联结变压器电流检测分析
• 3.2.5 Y 联结阻抗匹配平衡变压器电流检测分析
• 3.3 谐波与无功电流检测框图绘制
• 3.3.1 60°接线牵引变压器电流检测框图
• 3.3.2 90°接线牵引变压器电流检测框图
• 3.4 本章小结
• 第4章 两相供电平衡协调控制装置的设计与控制
• 4.1 柔性交流输电装置简介
• 4.1.1 静止同步补偿器 STATCOM 及电池储能系统 BESS
• 4.1.2 有源电力滤波器 APF
• 4.2 有源滤波器控制方法简介
• 4.2.1 三角载波电流控制法
• 4.2.2 滞环电流控制法
• 4.2.3 空间矢量控制法
• 4.3 两相供电平衡协调装置结构与控制
• 4.3.1 两相供电平衡协调装置的构造
• 4.3.2 两相供电平衡协调装置的控制
• 4.4 本章小结
• 第5章 两相牵引供电平衡协调系统仿真研究
• 5.1 60°接线的牵引变压器仿真研究
• 5.2 90°接线的牵引变压器仿真研究
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间发表的学术论文
• 附录 B 攻读学位期间参与的科研课题
• 致谢