同相贯通牵引供电主电路方案研究

论文摘要

我国现行的电气化铁道牵引供电系统为单相工频制式,导致三相电力系统谐波含量大、三相不平衡度高和功率因数低,并且由于牵引负载具有特殊的相互独立性和随机波动性,使得这些电能质量问题愈发突出。此外,对高速重载行车而言,牵引网上存在的电分相环节是制约其发展的最薄弱环节之一。虽已提出各种接线形式的同相供电系统,取消了电分相,但电力系统不允许在分区所处实现双边供电,仍然存在供电上的缺陷。为实现同相供电并最终全面解决电分相和电能质量问题,本文提出了同相贯通供电牵引供电系统方案,该方案以交直交潮流控制器为核心设备。本文介绍了同相贯通牵引供电系统方案,设计了交直交潮流控制器主电路结构,并计算潮流控制器的基本电气参数,提出了基于功率守恒原理的电压外环电流内环的双环控制策略。潮流控制器的三相整流环节为两电平四重化PWM整流器结构,单相逆变环节为4个2H桥逆变器级联的多电平逆变器结构。潮流控制器能够实现单位功率因数、低谐波含量三相整流,及时传递牵引负载所需有功功率,快速输出可控的牵引馈线电压,使得牵引供电系统呈现出三相对称纯阻性负载特性。本文还分析了多牵引变电所贯通供电时,牵引工况和故障工况的各牵引变电所的取流情况。本文利用MATLAB/Simulink软件对上述交直交潮流控制器主电路建模,仿真分析了谐波、负序和无功等因素的影响,从而验证了主电路结构的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 同相贯通牵引供电主电路的研究意义
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 同相贯通供电系统结构及原理
• 2.1 同相贯通牵引供电系统结构
• 2.2 馈线调压原理
• 2.3 同相贯通供电系统性能分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 交直交综合潮流控制器主电路设计
• 3.1 大容量变换器的比较
• 3.2 电力电子器件的选择
• 3.3 交直交潮流控制器基本结构
• 3.4 交直交潮流控制器主电路结构
• 3.4.1 基本拓扑结构
• 3.4.2 PFC交流侧电感设计
• 3.4.3 PFC直流侧电容设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 交直交综合潮流控制器控制策略
• 4.1 三相整流单元控制策略
• 4.1.1 三相整流单元工作原理
• 4.1.2 三相PWM整流单元控制
• 4.2 单相逆变单元控制策略
• 4.2.1 单相逆变器工作原理
• 4.2.2 级联型多电平逆变器工作原理
• 4.2.3 级联型多电平逆变器载波PWM调制
• 4.3 本章小结
• 第5章 同相贯通牵引供电系统方案
• 5.1 系统等效网络
• 5.2 牵引工况潮流分析
• 5.2.1 牵引变电所的分流作用
• 5.2.2 电压损失和功率损失
• 5.3 故障状态潮流分析
• 5.3.1 牵引变电所的分流作用
• 5.3.2 电压损失和功率损失
• 5.4 本章小结
• 第6章 同相贯通牵引供电方案仿真
• 6.1 交直交综合潮流控制器仿真
• 6.2 多所贯通方式仿真
• 6.3 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研实践