基于单周期控制的铁路电力贯通线无功补偿研究

论文摘要

电力贯通线,是用于铁路信号、通信及其他铁路综合用电的电力系统线路,它引于公共电网或公共电网以外的发电厂、变电站及输配电线路,它是铁路沿线连通两相邻变、配电所的主要对沿线铁路用电负荷供电的10KV或35KV电力线路。由于铁路电力贯通线中大量的使用电缆线路,其本身呈电容特性,存在较大的相间及对地电容,且线路负载较小,使线路的末端出现电压抬升状况,影响电气设备的正常运行,并导致功率因数下降,电能质量降低等后果,研究电力贯通线的无功补偿对铁路电能质量提高具有重要意义。单周期控制具有动态响应快、鲁棒性好、开关频率固定的优点,广泛的应用于电能质量控制和新能源发电。本文提出了一种基于单周期控制的无功补偿器,可以有效地补偿电力贯通线的电容电流。本文首先阐述了单周期控制的基本原理,分析了单周期控制下的三相变流器工作原理,并推导了三相变流器的开关数学模型和等效方程,然后推导了单周期控制无功补偿器的矢量运行方程,采用直流电压外环控制和电感电流斜坡调制的控制策略,根据目标方程构建了控制电路,并详细分析了无功补偿器的参数设计及稳态运行下参数对系统的影响。最后在理论分析的基础上,通过MATLAB/SIMULINK建立了青藏铁路那曲-安多段铁路电力贯通线无功补偿的仿真模型,实现了电力贯通线的无功补偿。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 无功补偿的意义
• 1.2 无功补偿装置的历史发展
• 1.3 国内外STATCOM的现状和发展趋势
• 1.4 本文的主要工作
• 2 STATCOM的基本原理与控制方法
• 2.1 STATCOM工作原理
• 2.2 STATCOM时域数学模型
• 2.3 STATCOM稳态功率与电流
• 2.4 STATCOM的标幺值基准系统
• 2.5 STATCOM的特性分析
• 2.5.1 STATCOM的稳定性
• 2.5.2 STATCOM电感参数对电容电压稳态值的影响
• 2.5.3 STATCOM的安全运行区域
• 2.6 STATCOM控制方法
• 2.7 小结
• 3 单周期控制STATCOM
• 3.1 单周期控制基本原理
• 3.2 单相STATCOM控制
• 3.3 三相STATCOM模型分析
• 3.4 单周期控制三相STATCOM
• 3.5 单周期矢量控制策略
• 3.5.1 瞬时无功理论
• 3.5.2 矢量控制STATCOM的实现
• 3.6 主电路设计
• 3.6.1 交流电感的选择
• 3.6.2 直流电容的选择
• 3.7 稳态分析
• m与负载的关系'>3.7.1 V_m与负载的关系
• 3.7.2 直流电压的调节
• 3.8 STATCOM多重化
• 3.8.1 大容量STATCOM方案
• 3.8.2 三相逆变器多重化
• 3.9 小结
• 4 铁路电力贯通线的无功补偿
• 4.1 电缆线路的应用及问题
• 4.2 电力电缆概述
• 4.2.1 电力电缆优点
• 4.2.2 电力电缆分类
• 4.3 电力电缆基本参数
• 4.4 电力电缆模型
• 4.4.1 一般线路的等值电路
• 4.4.2 长线路的等值电路
• 4.4.3 线路空载运行分析
• 4.5 小结
• 5 仿真研究
• 5.1 系统仿真建模
• 5.2 铁路电力贯通线测量数据及分析
• 5.2.1 空载稳态分析
• 5.2.2 负载运行及故障仿真
• 5.3 补偿方案确定及仿真
• 5.4 STATCOM多重化仿真
• 5.5 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 附录A
• 作者简历
• 学位论文数据集