牵引供电系统混合滤波器的设计

论文摘要

交—直型电力机车的大量使用使得我国电气化铁道负荷谐波含量高的问题尤为突出。为此,我国电气化铁道的惯用办法是在牵引变电所安装3次单调谐滤波器,这种方法的滤波效果远不能满足要求。有源电力滤波器能够克服无源电力滤波器滤波能力不足、滤波特性受系统参数的影响大、可能发生谐波放大等缺点,有效地抑制谐波。但是,由于有源电力滤波器的成本较高,因此,将有源电力滤波器与无源电力滤波器结合组成混合电力滤波器是目前治理电气化铁道谐波污染的较好方案。文章讨论了牵引变电所混合电力滤波器最佳安装位置、结构,讨论了将有源电力滤波器、无源电力滤波器串接后并联在母线上构成固定滤波支路进行谐波补偿的方案,对串接式并联混合电力滤波器的硬件和软件进行详细的设计;给出了基于主要设备最低投资的混合电力滤波器参数优化模型及算法,利用现场实测数据为金州牵引变电所设计了混合电力滤波器的主要参数;讨论了有源电力滤波器逆变器的结构、类型及其PWM控制方式,有源电力滤波器的输出滤波器参数的设计的准则,编制了优化程序,给出了设计结果。设计了有源电力滤波器的控制系统。针对目前有源电力滤波器的研究主要集中在指令产生控制器,本文还详细讨论了指令跟踪控制器的设计。硬件设计用DSP芯片TMS320LF2407A为核心控制芯片,包括外围的接口的电路、采样电路、PWM输出电路的设计,并利用Matlab/Simulink中的电力系统模块构造了单相器件及仿真电路。对本文进行的理论分析及设计结果进行了仿真验证。仿真结果表明所提出的方案有很好的滤波效果,控制系统有较快的响应速度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出的背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 本章小结
• 第二章 混合滤波器结构及原理
• 2.1 混合滤波器结构的确定
• 2.1.1 APF 和PPF 并联后再并联接入电网
• 2.1.2 APF 和PPF 串联后再并联接入电网
• 2.2 混合电力滤波器安装位置的确定
• 2.3 有源滤波器滤波原理
• 本章小结
• 第三章 混合电力滤波器的参数设计
• 3.1 无源电力滤波器的容量计算模型
• 3.2 有源电力滤波器的容量计算模型
• 3.3 混合电力滤波器的最小投资优化模型
• 3.3.1 优化算法
• 3.3.2 优化结果
• 3.4 有源滤波器主电路参数设计
• 3.4.1 主电路电力电子器件的选择
• 3.4.2 主电路直流侧电容值的计算
• 3.4.3 主电路交流侧电抗器的选取
• 3.4.4 纹波电容器的选取
• 本章小结
• 第四章 混合电力滤波器的硬件设计
• 4.1 采样周期信号的产生
• 4.2 非线性负载电流的检测与A/D 转换
• 4.3 DSP 与D/A 接口
• 4.4 系统复位电路设计
• 4.5 电源设计
• 4.6 外部存储器电路设计
• 4.7 仿真器接口电路设计
• 4.8 通讯电路SCI 接口的设计
• 本章小结
• 第五章 有源滤波器的控制算法和软件设计
• 5.1 谐波电流的检测
• 5.2 基于鉴相原理的检测法原理
• 5.2.1 锁相环原理
• 5.3 主电路直流侧电容电压的控制
• 5.4 PWM 脉冲输出设计
• 5.5 软件流程设计
• 5.5.1 主程序流程设计
• 5.5.2 中断子程序流程设计
• 本章小结
• 第六章 牵引变电所混合滤波器的系统仿真
• 6.1 MATLAB 仿真算法介绍
• 6.2 混合电力滤波器的仿真
• 6.2.1 电力机车模型
• 6.2.2 基于鉴相法的谐波电流检测模型
• 6.2.3 补偿电流跟踪控制仿真模型
• 6.3 仿真结果及分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢