一種用于貫通式同相供電系統(tǒng)的變換器拓撲結構研究.pdf

1、伴隨著社會發(fā)展需求，電氣化鐵路在國民經(jīng)濟中所占比重越來越大，促進了經(jīng)濟的發(fā)展，但給公共電網(wǎng)帶來的諧波、無功和負序電流問題也日益凸顯。貫通式同相供電系統(tǒng)完全取消了電分相裝置，解決了上述問題，實現(xiàn)了全線貫通，是電力牽引供電系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。隨著貫通式同相供電系統(tǒng)的發(fā)展，對電力電子變換器的容量與可靠性的要求也越來越高。變換器級聯(lián)可實現(xiàn)由小功率的模塊提供輸入，得到高壓大功率輸出，使低壓器件應用于高壓場合;變換器并聯(lián)可實現(xiàn)功率合成，提高輸出電流

2、的等級，增加電源的容量，而且可以提高供電的可靠性。在此背景下，本文研究用于貫通式同相供電系統(tǒng)的級聯(lián)-并聯(lián)混合變換器系統(tǒng)，并從理論、仿真和實驗三方面驗證了系統(tǒng)的可行性。
　　本文首先從工程實際與電力電子器件發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，設計了用于貫通式同相供電系統(tǒng)的級聯(lián)-并聯(lián)混合變換器拓撲結構及其控制系統(tǒng)。本文側重點在于變電所逆變側部分，研究了單相三電平二極管鉗位逆變器的拓撲結構和工作原理，分析了逆變器的傳遞函數(shù)，在此基礎上研究了單相逆變器的雙閉環(huán)

3、控制策略。
　　本文重點研究了多載波SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)調(diào)制策略。首先分析了單個單相三電平SVPWM調(diào)制方法，設計采用載波移相技術(CarrierPhase-shifted，CPS)實現(xiàn)多個逆變器級聯(lián)，進一步分析了級聯(lián)變換器輸出電壓的諧波特性。本文還分析了逆變器并聯(lián)時環(huán)流產(chǎn)生原因與特性，對下垂控制的原理與實現(xiàn)方法進行了分析，從而設計逆變器系統(tǒng)并聯(lián)的控制策略。
　

4、　在上述研究的基礎上，利用Matlab/simulink仿真平臺完成單相逆變器的仿真驗證，最終搭建基于單相逆變器級聯(lián)-并聯(lián)的貫通式同相供電系統(tǒng)變電所仿真模型，在啟動、帶載、變載等工況下對系統(tǒng)單相牽引網(wǎng)側仿真結果進行分析，對輸出電壓的諧波特性與變電所所內(nèi)環(huán)流進行分析。仿真結果表明:該級聯(lián)-并聯(lián)變換器結構可行，牽引變電所不需要輸出變壓器，在滿足牽引網(wǎng)電壓及容量要求的條件下降低系統(tǒng)電力電子器件的耐壓要求;變電所輸出電壓可控，穩(wěn)態(tài)時可維持在牽引

5、網(wǎng)電壓正常工作范圍內(nèi)，諧波含量低;系統(tǒng)能實現(xiàn)功率均分，從而減少功率器件的載流壓力，所內(nèi)環(huán)流小，供電可靠性高，冗余特性好;負載變動時可快速響應，動靜態(tài)性能良好。仿真驗證了理論分析的正確性和本文所設計的級聯(lián)-并聯(lián)變換器系統(tǒng)結構、調(diào)制與控制策略的可行性。
　　最后，本文搭建基于FPGA的實驗平臺，并設計相應實驗方案。在所搭建實驗平臺上完成了單相SVPWM逆變器級聯(lián)實驗，完成了單相SVPWM逆變器并聯(lián)實驗，以驗證本系統(tǒng)主電路結構、控制策略