采用級聯(lián)H橋多電平變流器的地面過電分相系統(tǒng)研究.pdf

1、電氣化鐵路能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保與運輸能力、速度與效率的完美結(jié)合，已經(jīng)成為中國高速鐵路和重載貨運的絕對主力。然而，采用單相工頻25kV供電制式的電氣化鐵路，普遍存在電分相，進而造成列車的速度損失、能耗增加、車網(wǎng)間暫態(tài)過電壓、弓網(wǎng)電弧等，嚴重時甚至引起弓網(wǎng)故障。因此，研究能夠徹底解決電分相問題的裝備及其技術(shù)具有重要意義。
　　本文首先提出了一種采用級聯(lián)H橋多電平變流器的地面過電分相系統(tǒng)。在介紹其拓撲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合列車通過電分相的過程，

2、闡明了系統(tǒng)的工作原理，分析了各個階段的控制目標(biāo)和等效電路，針對高速動車組和重載列車的運行特性，分析了該過分相系統(tǒng)的適應(yīng)性，明確了功率控制和相位調(diào)整是本系統(tǒng)兩大核心問題，調(diào)制技術(shù)是實現(xiàn)控制目標(biāo)的關(guān)鍵手段。
　　針對H橋級聯(lián)的多電平變流器，分析了H橋單元的工作模式，介紹了傳統(tǒng)最近電平逼近調(diào)制算法的工作原理。在分析各級子模塊面積等效特性的基礎(chǔ)上，得出了最后一級子模塊是產(chǎn)生調(diào)制誤差主要來源的結(jié)論。進一步分析了該誤差對變流器的性能影響，提出

3、了改進最近電平逼近調(diào)制算法的基本思想，即利用面積等效實時計算最后一級子模塊的作用時間，達到消除調(diào)制誤差的目的，仿真結(jié)果驗證了改進調(diào)制算法的有效性。
　　根據(jù)電力牽引交流傳動系統(tǒng)的工作特性以及受電弓與接觸網(wǎng)無害分離的必要條件，提出了基于級聯(lián)H橋多電平變流器的直接功率控制實現(xiàn)功率切換方案;分析了列車以再生、牽引工況通過電分相時，中性段與供電臂的并聯(lián)運行工況，并理論推導(dǎo)證明了變流器輸出電壓幅值和相位的調(diào)整是實現(xiàn)功率切換的關(guān)鍵;結(jié)合瞬時功

4、率理論，分析了單相并網(wǎng)變流器的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了功率前饋直接功率控制算法。
　　其次，深入分析了相位切換對列車牽引傳動系統(tǒng)的影響，即直接的相位切換必將導(dǎo)致車網(wǎng)系統(tǒng)的功率跳變，并可能在車載牽引變壓器產(chǎn)生直流偏磁，推導(dǎo)了消除直流偏磁的必要條件;針對相位切換這一問題，分別提出了調(diào)頻調(diào)相、電壓重構(gòu)以及漸進調(diào)相的方法，給出了具體的實現(xiàn)過程并進行了對比分析。
　　最后，針對本文所提的級聯(lián)H橋多電平變流器地面過電分相系統(tǒng)，在Matlab/S