基于Scott变压器的同相牵引供电系统电能质量综合控制的研究

摘要

随着我国综合实力的不断提高，人民出行的要求不断增长，促进了我国铁路的飞速发展，对牵引供电系统的研究成为了重点，而现有铁路网的异相牵引供电模式，造成了对电网的三相负荷不平衡，产生了严重的负序问题，尽管铁路牵引变电所采用三相交流轮相换序的方式连接，依然无法很好的消除负序电流对电网侧的影响，同时由于我国大部分铁路电力机车采用的是交-直型与交-直-交型混跑模式，电力电子设备会产生的大量使用带来了严重的谐波电流问题，同时常规的铁路牵引供电系统存在电分相的问题，电力机车在运行过程中遇到分相区会出现停电，这严重影响了列车的安全与稳定，同时长远考虑对铁路的高速与重载发展很不利，故在同相供电情况下抑制谐波，补偿无功，维持电网侧的三相平衡显得至关重要。 论文首先分析了两种不同的牵引供电方式，一种是常规的异相牵引供电方式，另一种为同相牵引供电方式，简要的比较了两者的优劣势。本文是以基于Scott牵引变压器的同相牵引供电系统为模型展开研究，配合铁路功率调节器的控制，对负载侧电流的无功与谐波电流进行补偿研究，从而消除负序对电网侧的影响。给出了基于Scott牵引变压器的RPC综合补偿系统的拓扑结构和工作原理，从补偿的角度简要阐述了如何补偿负载侧的电流，从而实现单相负荷不会对电网侧造成的负序问题，考虑到结合均值滤波器快速反应性能与Scott变压器特有的两侧副边相差90°容量利用率为100％等优点，并结合均值滤波器的快速响应能力，用均值滤波器获取被测电压源的单位正余弦信号源，从而大大消除了锁相锁定电压源时引起的相位偏差，提高了检测负载侧基波有功与基波无功电流的动态性能与实时性，为RPC控制系统提供实时性更好的检测电流信号。同时针对PRC刚投入系统时引发的直流侧电容电压发生的超调现象。采用将滞环控制与比例控制相结合以应对不同的控制局面，这样可以将两种方法的优势相结合，从而使跟踪精度与响应速度能完美融合。跟踪控制指令信号电流与控制方法能够更好的进行补偿工作。 本文采用将常规PI控制器与变参数控制器相结合的办法来消除RPC在刚投入时的电流冲击的问题，并通过Simulink仿真平台进行仿真验证，结果显示上述的复合控制方法效果比单一控制方法理想，同时其RPC补偿装置在上述两种控制方法的作用下，所构建的同相牵引供电系统进行了牵引工况的分析，结果表明所构建的基于RPC控制系统的同相牵引供电技术可行，对同相牵引铁路负载侧基所需要的基波无功电流与谐波电流，实现三相电源侧只输出有功电流的情况，大大的消除了单相负荷造成的三相不平衡及谐波问题，RPC综合补偿效果良好。 论文最后部分总结了铁路牵引供电系统中电能质量补偿中所做的主要工作以及所取得的效果，当然其中存在很多的不足，本文分别在电流检测，控制补偿，仿真分析三个方面来阐述。对实际的工程应用于后续学者研究同相牵引供电系统的电能补偿研究提供了参考价值，同时对于该理论的硬件部分没有具体介绍，比如RPC中主要电路元件的参数设计及控制系统的设计，特别是IGBT模块的选型等等。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景及意义

1．2牵引供电系统

1．2．1国内外高速铁路牵引供电系统的发展

1．2．2高速铁路牵引供电系统的组成

1．2．3高速铁路牵引供电系统的供电方式

1．3高速铁路供电系统电能质量问题的产生与危害

1．3．1电能质量扰动的产生

1．3．2电能质量扰动的危害

1．4铁路牵引网电能质量的治理研究状况

1．5牵引系统功率调节器的研究现状

1．5．1 RPC的研究现状

1．5．2牵引供电系统中信号电流检测方法的研究现状

1．5．3牵引供电系统中信号控制方法的研究现状

1．6论文的主要研究内容

第二章同相牵引供电系统

2．1同相牵引供电系统结构与工作过程

2．2同相牵引供电系统的综合补偿技术

2．3本章小结

第三章基于无锁相环的同相牵引供电的信号检测方法

3．1基波有功与无功电流有锁相环的检测

3．2基波有功与无功电流无锁相环的检测

3．2．1单位正余弦信号的提取原理

3．2．2基波有功与无功电流的检测原理

3．3仿真验证

3．4本章小结

第四章功率调节器控制策略研究

4．1交流侧电流的控制策略

4．1．1三角载波比较控制

4．1．2滞环电流比较控制

4．1．3比例谐振控制

4．1．4比例谐振+滞环比较复合控制

4．2直流侧电压控制策略

4．3 RPC系统综合控制原理

4．4仿真验证

4．4．1交流侧电流复合控制策略的仿真

4．4．2直流电压复合控制策略的仿真

4．5本章小结

第五章RPC补偿系统的综合仿真

5．1仿真模型与参数

5．2仿真结果

5．3本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录