本文關鍵詞： 貫通式同相供電系統(tǒng) 三相-單相變換器 牽引網(wǎng)阻抗 變電所間自動均流 多牽引變電所并網(wǎng)控制　出處：《西南交通大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：由于機車負載容量的增大,現(xiàn)行鐵路牽引供電系統(tǒng)無功、諧波、三相不平衡等問題日益突出,過分相的存在使機車運行速度及電能質量大大降低。基于三相-單相變換器的貫通式同相供電系統(tǒng)是一種新型的牽引供電系統(tǒng),其通過可控電力電子器件實現(xiàn)三相/單相變換,可徹底取消過分相裝置,實現(xiàn)牽引網(wǎng)的全線貫通,因此受到了廣泛的關注。本文主要對基于五電平二極管鉗位三相-單相變換器的多牽引變電所并網(wǎng)進行研究,從理論、仿真、實驗等方面驗證了整個系統(tǒng)并網(wǎng)的可行性。首先,研究了三相五電平二極管鉗位整流器的拓撲結構及數(shù)學模型,并基于其端口電壓的數(shù)學模型采用三相dq解耦的控制策略;分析了單相五電平二極管鉗位整流器的拓撲結構及數(shù)學模型,并根據(jù)控制模型采用簡化改進的單相pq分解控制策略,其能夠可靠的調節(jié)交流側無功功率的輸出;研究了直流側均壓的控制方式以及變換器的調制策略。其次,研究了并網(wǎng)的拓撲結構,提出了基于可控逆變電壓源及可控功率源的全電力電子器件的混合并網(wǎng)系統(tǒng)。計算牽引網(wǎng)阻抗,并分析了牽引網(wǎng)阻抗對功率源輸出電壓的影響;研究了兩變電所之間的環(huán)流特性,基于下垂控制的思想提出了一種適用于牽引供電的并網(wǎng)控制策略,并對并網(wǎng)控制器進行了設計,相對于傳統(tǒng)下垂控制方案受限于它的固定系數(shù)而無法快速調節(jié)變電所功率輸出的不足,該方案能根據(jù)機車負載的投切來實時監(jiān)測變電所與牽引網(wǎng)連接處電壓相位與幅值變化,得到所需的有功電流及無功電流的參考值,從而控制各個牽引變電所的功率輸出。在上述研究的基礎上,本文通過Matlab/Simulink對兩個變電所及三個變電所并網(wǎng)系統(tǒng)分別進行了仿真,仿真結果表明在機車負載投入或者切除時,所提出的并網(wǎng)控制策略都能實時控制各個牽引變電所的功率輸出,保持各牽引變電所輸出幅值、相位、頻率一致的交流電壓并入牽引網(wǎng),最終實現(xiàn)多牽引變電所的貫通并網(wǎng)及穩(wěn)定運行,穩(wěn)態(tài)及動態(tài)性能良好。最后,設計了基于現(xiàn)場可編輯邏輯門陣列(FPGA)控制器的低電壓小功率實驗平臺,分別進行了三相五電平二極管鉗位整流實驗、單相五電平二極管鉗位整流實驗、三相-單相背靠背系統(tǒng)并網(wǎng)實驗以及兩個牽引變電所并網(wǎng)實驗,實驗結果驗證了主電路拓撲結構、三相和單相側控制策略以及并網(wǎng)控制策略的合理性和可行性。
[Abstract]:Due to the increase of locomotive load capacity, the problems of reactive power, harmonics and three-phase imbalance in the current railway traction power supply system are becoming increasingly prominent. The running speed and power quality of locomotive are greatly reduced by the existence of excessive phase. The through-through in-phase power supply system based on three-phase single-phase converter is a new type of traction power supply system, which realizes three-phase / single-phase conversion through controllable power electronic devices. It can completely cancel the over-phase device and realize the whole line connection of the traction network, so it has received extensive attention. This paper mainly studies the grid-connected multi-traction substation based on the five-level diode clamping three-phase single-phase converter, from the theory, the simulation, The feasibility of the whole system is verified by experiments. Firstly, the topology and mathematical model of three-phase five-level diode clamping rectifier are studied, and the three-phase dq decoupling control strategy is adopted based on the mathematical model of port voltage. The topology and mathematical model of single-phase five-level diode clamping rectifier are analyzed. According to the control model, a simplified single-phase PQ decomposition control strategy is adopted, which can reliably adjust the output of AC side reactive power. The control mode of DC side voltage sharing and the modulation strategy of converter are studied. Secondly, the topology of grid-connected network is studied. A hybrid grid-connected system of all power electronic devices based on controllable inverter voltage source and controllable power source is proposed. The traction network impedance is calculated and the influence of traction network impedance on the output voltage of power source is analyzed. This paper studies the circulation characteristics between two substations, proposes a grid-connected control strategy suitable for traction power supply based on the idea of droop control, and designs a grid-connected controller. Compared with the traditional droop control scheme, which is limited by its fixed coefficient, it can not adjust the power output of the substation quickly. The scheme can real-time monitor the voltage phase and amplitude change at the junction of substation and traction network according to the switching of locomotive load. The reference values of active current and reactive current are obtained to control the power output of each traction substation. Based on the above research, the grid-connected systems of two substations and three substations are simulated by Matlab/Simulink. The simulation results show that the proposed grid-connected control strategy can control the power output of each traction substation in real time and maintain the output amplitude and phase of the traction substation when the locomotive load is put into or removed. The AC voltage with the same frequency is incorporated into the traction network to realize the connection and stable operation of the multi-traction substation, and the steady and dynamic performance is good. Finally, A low-voltage low-power experimental platform based on field editable logic gate array (FPGA) controller is designed. The experiments of three-phase five-level diode clamping rectifier and single-phase five-level diode clamping rectifier are carried out respectively. Three-phase single-phase back-to-back system grid-connected experiments and two traction substation grid-connected experiments the experimental results verify the topology of the main circuit three-phase and single-phase side control strategy and grid-connected control strategy rationality and feasibility.
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U224

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本文編號：1533528