新型同相牵引供电系统仿真的研究

论文摘要

当前牵引供电系统均采用异相供电技术,各供电区段需要用分相绝缘器分隔,电力机车在运行中会出现停电过分相区和带电闯分相区的情况,严重影响了电气化铁路高速、重载的发展,而且电气化铁道的牵引供电系统三相严重不平衡,存在大量的谐波和无功。这就要求对当前的牵引供电系统进行改造或设计新型的同相牵引供电系统。本文研究的内容是基于电力电子技术广泛发展的前提下,设计一套新型的同相牵引供电系统,来解决目前存在的问题,同时又能够尽量减少对电力系统的电力污染。新型同相牵引供电系统主要包括脉冲整流、交流逆变,并网运行等几大部分。作为新型同相牵引供电技术重要环节整流部分,PWM脉冲整流器将三相交流电变成直流电,同时使系统电压由66kV变为60kV,本文设计出整流电路的主电路,控制电路,介绍了整流电路的控制方法,并建立了数学模型和SIMULINK模型。本课题的另一核心交流逆变部分把系统的直流电换成27.5kV单相交流电,向接触网供电,实现同相牵引供电。文章设计一台直流60kV至交流27.5kV(50Hz)的SPWM逆变器,控制电路的设计以及合理开关器件参数的选择;最后针对同相牵引变电所的并网运行也做了简单介绍。在全文的最后给出了仿真的结果,验证了该设计系统的正确性。该课题既解决了分相的问题,实现了全线贯通同相供电,与实现高速,重载电力牵引相适应,又解决了牵引供电系统三相严重不平衡和存在大量谐波及无功的困扰。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 现有牵引供电系统的主要问题
• 1.2.1 系统三相负荷严重不平衡
• 1.2.2 换相联接带来的问题
• 1.2.3 谐波与无功问题
• 1.3 无功和谐波的危害与防治
• 1.3.1 无功功率与谐波的危害
• 1.3.2 谐波抑制与无功补偿
• 1.3.3 静止无功补偿装置的主要形式
• 本章小结
• 第二章 牵引供电系统
• 2.1 牵引供电系统的组成
• 2.2 牵引供电方式
• 2.2.1 直接供电方式
• 2.2.2 吸流变压器（BT）供电方式
• 2.2.3 自耦变压器（AT）供电方式
• 2.2.4 直供+回流（DN）供电方式
• 2.3 国内外高速铁路牵引供电系统
• 2.4 目前同相供电技术研究现状
• 2.4.1 目前牵引供电系统结构及特点
• 2.4.2 同相牵引供电系统结构及特点
• 2.4.3 直供与BT 方式同相供电方案
• 2.5 本文同相牵引供电系统概述
• 本章小结
• 第三章 同相牵引供电系统整流部分的研究
• 3.1 整流器概述
• 3.2 单相PWM 整流电路
• 3.3 PWM 整流器主电路结构
• 3.3.1 三相桥式PWM 整流器主电路设计
• 3.3.2 主电路器件的选择
• 3.3.3 三相桥式PWM 整流器的数学模型
• 3.4 PWM 整流电路的控制方法
• 3.4.1 间接电流控制
• 3.4.2 直接电流控制
• 本章小结
• 第四章 同相牵引供电系统逆变部分的研究
• 4.1 逆变概述
• 4.1.1 逆变系统的基本结构
• 4.1.2 单相全桥逆变电路
• 4.2 单相桥式SPWM 逆变电路
• 4.2.1 主电路的设计
• 4.2.2 IGBT 串联均压电路
• 4.3 逆变器闭环系统模型
• 4.3.1 系统模型
• 4.3.2 系统的稳定性
• 4.3.3 系统的外特性
• 4.4 正弦脉宽调制逆变技术
• 4.4.1 正弦脉宽调制原理
• 4.4.2 双极性正弦脉宽调制
• 4.4.3 单极性正弦脉宽调制
• 4.5 SPWM 的调压与实现
• 4.5.1 SPWM 的调压方法
• 4.5.2 SPWM 实现方式
• 4.6 SPWM 逆变控制电路的设计
• 4.7 主逆变电路的设计与方案的比选
• 4.8 LC 滤波部分设计
• 4.8.1 滤波器截止频率
• 4.8.2 滤波器无功容量
• 本章小结
• 第五章 同相牵引供电系统变电所的并网运行
• 5.1 本研究牵引变电所并网结构
• 5.2 逆变器系统的并联运行
• 5.3 并网逆变器控制
• 5.3.1 并网逆变器控制方式的分类
• 5.3.2 逆变器并网电流控制方法
• 5.4 并联逆变系统均流
• 5.4.1 均流电路的实现方案
• 5.4.2 具有均流反馈信号的并联逆变系统
• 5.5 并联逆变系统的同步
• 本章小结
• 第六章 仿真分析
• 6.1 MATLAB 概述
• 6.1.1 MATLAB 特点
• 6.1.2 Simulink 简介
• 6.1.3 PSB 电力系统模块库
• 6.2 同相牵引供电系统整流部分SIMULINK 建模
• 6.2.1 脉冲整流控制SIMULINK 仿真
• 6.2.2 PWM 整流控制SIMULINK 仿真
• 6.3 逆变部分仿真
• 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