高速动车组网侧变流器研究

论文摘要

随着高速铁路的快速发展,对高速动车组相关技术的研究得到了越来越多的关注。网侧变流器作为高速列车牵引系统的重要组成部分,是减少铁路电网谐波污染,高速列车稳定安全运行的重要保证。因此,有必要对高速动车组网侧变流技术进行深入的研究。高速动车组网侧变流器采用的是具有高功率因数、低谐波污染的四象限PWM整流器,主电路结构有三电平和两重两电平两种整流电路结构。本文以单相三电平整流电路与单相两重两电平整流电路为研究对象,分析研究了瞬态电流与预测电流控制两种不同控制方法在两种整流电路中的应用。首先分析了单相两重两电平变流器与单相三电平变流器的工作原理与工作模式,并建立了相应的数学模型。分析了网侧变流器的几种控制策略,重点研究了瞬态电流与预测电流控制策略。针对三电平整流器,研究了中点电压平衡法,通过中点平衡控制保证了三电平整流器良好的工作性能。针对两重两电平整流器,研究了两电平整流器两重化的载波移相法,通过载波移相减少了变压器一次侧谐波电流。通过分析整流电路中一些重要参数对整流器性能的影响,确定了交流电感、直流电容及滤波电路满足动态响应与稳态误差性能指标的参数选择范围。基于MATLAB/SIMULINK仿真软件平台,分别建立了基于瞬态电流与预测电流控制的两种整流器的仿真模型,并在牵引工况、牵引与再生工况之间的切换及网压波动情况下对模型进行了仿真分析。仿真结果表明：预测电流控制具有良好的动态响应与稳态性能等优点,与瞬态电流控制一样适用于大功率交流传动场合；在牵引工况、再生工况及网压波动下,两重两电平整流与三电平整流都具有功率因数高、直流电压稳定的特点,并且能实现工况间平稳的切换；三电平整流输入电流谐波小,开关应力小,但是需要保持中点电压平衡,控制相对复杂；两重两电平整流控制相对简单,等效开关频率高,输出容量大,但是输入电流谐波较大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文选题背景及意义
• 1.2 网侧变流器的概述
• 1.2.1 网侧变流器的研究现状
• 1.2.2 网侧变流器主要结构
• 1.2.3 网侧变流器的主要控制方法
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 网侧变流器的工作原理
• 2.1 网侧变流器的种类
• 2.2 网侧变流器的工作原理
• 2.2.1 单相两电平变流器的结构与原理
• 2.2.2 单相三电平变流器的结构与原理
• 2.3 本章小结
• 第3章 网侧变流器的控制方法
• 3.1 间接电流控制
• 3.2 直接电流控制
• 3.2.1 预测电流控制
• 3.2.2 瞬态电流控制
• 3.2.3 SPWM调制技术
• 3.2.4 中点平衡控制
• 3.3 本章小结
• 第4章 网侧变流器参数设计研究
• 4.1 网侧变流技术中参数影响分析
• 4.2 网侧变流器参数选择
• 4.2.1 电感参数选择
• 4.2.2 直流侧电容参数选择
• 4.2.3 直流侧二次滤波电路
• 4.3 本章小结
• 第5章 网侧变流器控制仿真研究
• 5.1 网侧两电平变流器控制仿真建模
• 5.2 网侧三电平变流器控制仿真建模
• 5.3 仿真结果分析
• 5.3.1 牵引工况下的仿真分析
• 5.3.2 牵引工况向再生制动切换的仿真分析
• 5.3.3 再生制动向牵引工况切换的仿真分析
• 5.3.4 网压波动仿真分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文