高速電氣化鐵道新型潮流控制系統(tǒng)及其控制策略研究.pdf

1、隨著交流電力機(jī)車的普及，牽引供電系統(tǒng)中的負(fù)序和過(guò)分相問(wèn)題日益突出。采用配置鐵道潮流控制系統(tǒng)(railway power flow control system，RPFCS)的同相供電系統(tǒng)是一種可行的解決方案。相比于傳統(tǒng)直流電力機(jī)車而言，交流電力機(jī)車的牽引功率較大，功率因素高（通常為1），諧波含量少，故交流電力機(jī)車運(yùn)行的牽引供電系統(tǒng)負(fù)序和過(guò)分相問(wèn)題顯得尤為突出。為了降低RPFCS中變流器部分的容量，減少同相供電系統(tǒng)中一次投入的成本，提高其

2、可靠性，本文在分析牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和RPFCS的基礎(chǔ)上，提出了一種適用于高速電氣化鐵路的新型的混合型鐵道潮流控制系統(tǒng)(hybrid railway power flow control system，H-RPFCS)。其主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　首先，介紹了牽引供電系統(tǒng)的組成，詳細(xì)的分析了配置鐵道潮流控制系統(tǒng)的同相供電系統(tǒng)，并對(duì)比了異相供電系統(tǒng)和同相供電系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，介紹了基于V/v牽引變壓器的同相供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其接

3、線方案，重點(diǎn)分析了其鐵道潮流控制系統(tǒng)的工作原理及其電流和功率關(guān)系。
　　其次，為減少RPFCS的端口電壓，減少其變流器部分容量，本文提出了一種適用于高速電氣化鐵路的新型鐵道潮流控制系統(tǒng)(H-RPFCS)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。分析了該系統(tǒng)的工作原理，重點(diǎn)研究了變流器的端口電壓特性，并與RPFCS進(jìn)行了對(duì)比分析。在此基礎(chǔ)上，對(duì)H-RPFCS的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，給出了關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)的詳細(xì)過(guò)程，并在理論上對(duì)比了RPFCS和H-RPFCS的容量。理論

4、分析表明:在完成相同補(bǔ)償任務(wù)的前提下，H-RPFCS變流器部分的容量將大幅度低于RPFCS的容量，從而降低了系統(tǒng)的總成本和系統(tǒng)的損耗，系統(tǒng)的可靠性得到了提高。
　　再次，介紹了指令提取的相關(guān)算法，構(gòu)建了H-RPFCS的指令電流提取算法及其有補(bǔ)償電流指令計(jì)算的補(bǔ)償側(cè)閉環(huán)的直接電流控制策略(direct current controlstrategy for compensated side closed loop with comp

5、ensation current instruction，簡(jiǎn)記為:CCI-CSCL直接電流控制策略）。分析了CCI-CSCL控制策略的不足，在此基礎(chǔ)上，提出了一種無(wú)補(bǔ)償電流指令計(jì)算(no compensation current instruction，NCCI)的新型控制策略。通過(guò)分析系統(tǒng)內(nèi)部有功能量的均衡原理的基礎(chǔ)上，說(shuō)明了無(wú)補(bǔ)償指令電流計(jì)算控制策略的可能性。構(gòu)建了H-RPFCS的無(wú)補(bǔ)償指令電流計(jì)算的補(bǔ)償側(cè)閉環(huán)的直接電流控制策略(d

6、irect current control strategy forcompensated side closed loop with NCCI，NCCI-CSCL直接電流控制策略)及無(wú)補(bǔ)償指令計(jì)算的電源側(cè)閉環(huán)的直接電流控制策略(direct current control strategy forpower side closed loop with NCCI，NCCI-PSCL直接電流控制策略)。相比與CCI-CSCL直接電流控制策

7、略，所提NCCI-PSCL直接電流控制策略，無(wú)須檢測(cè)機(jī)車負(fù)荷電流進(jìn)行相關(guān)補(bǔ)償指令電流的計(jì)算，減少了控制器的負(fù)擔(dān)，同時(shí)也節(jié)省了一個(gè)大功率的電流互感器，降低了控制系統(tǒng)的成本，提高了其可靠性和精確性。最后，在Simulink中搭建了H-RPFCS的仿真模型，對(duì)比分析了H-RPFCS和RPFCS在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)情況下的補(bǔ)償效果，同時(shí)也驗(yàn)證了H-RPFCS的NCCI-PSCL直接電流控制策略。仿真結(jié)果分析表明所提系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和NCCI-PSCL直接電流控