油電混合動(dòng)力動(dòng)車組整流系統(tǒng)的研究.pdf

1、如今軌道交通行業(yè)發(fā)展迅速，混合動(dòng)力列車已成為研究熱點(diǎn)。我國(guó)部分鐵路線路仍然處于沒(méi)有架設(shè)電網(wǎng)的狀態(tài)，列車無(wú)法連續(xù)運(yùn)行于有網(wǎng)和無(wú)網(wǎng)區(qū)段之間，油電混合動(dòng)力動(dòng)車組則突破了內(nèi)燃和電力機(jī)車固有的運(yùn)行方式。其中“電”指的是牽引供電網(wǎng)，“油”指的是柴油發(fā)電機(jī)組。列車運(yùn)行在電氣化線路上時(shí)，機(jī)車由接觸網(wǎng)供電;運(yùn)行于非電氣化線路上時(shí)，則由柴油發(fā)電機(jī)組供電。
　　本文研究對(duì)象為油電混合動(dòng)力動(dòng)車組中的整流系統(tǒng)。通過(guò)理論研究，對(duì)混合動(dòng)力動(dòng)車組整流系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)

2、構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。確定主電路參數(shù)，然后建模并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。根據(jù)諧波分析結(jié)果，在整流系統(tǒng)原有控制環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)出應(yīng)用于內(nèi)燃側(cè)和電力側(cè)的有源功率因數(shù)校正(PFC)電路，以及適用于非線性PWM脈沖整流器的自抗擾(ADRC)控制環(huán)節(jié)，以提高整流效果。本文的主要工作如下:
　　1.根據(jù)油電混合動(dòng)力動(dòng)車組的運(yùn)行特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出三種整流系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括共用逆變環(huán)節(jié)，共用整流環(huán)節(jié)和共用中間直流母線環(huán)節(jié)的形式。通過(guò)對(duì)比以上三種形式的優(yōu)缺

3、點(diǎn)，最終選定了共用中間直流母線環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)。
　　2.選定混合動(dòng)力整流系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)后，對(duì)其進(jìn)行建模及仿真分析。分別對(duì)整流系統(tǒng)的電力側(cè)和內(nèi)燃側(cè)進(jìn)行主電路參數(shù)選擇，通過(guò)仿真計(jì)算，電力側(cè)和內(nèi)燃側(cè)的直流輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間均符合要求，波動(dòng)范圍較小，達(dá)到了期望的整流目標(biāo)。對(duì)電力側(cè)和內(nèi)燃側(cè)進(jìn)行了諧波分析，內(nèi)燃模式下的諧波電壓含量遠(yuǎn)小于電力模式下的諧波電壓含量。因此內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組發(fā)出電的品質(zhì)優(yōu)于電網(wǎng)，兩者可以共用中間直流環(huán)節(jié)。在電力模式下對(duì)PW

4、M脈沖整流器實(shí)現(xiàn)兩重化載波移相技術(shù)，使諧波電壓含量有所降低。
　　3.對(duì)已經(jīng)搭建好的整流模型進(jìn)行了改進(jìn)，在電力側(cè)和內(nèi)燃側(cè)分別實(shí)行PFC技術(shù)。首先設(shè)計(jì)了PFC電路的單周期控制器，然后在simulink中進(jìn)行建模。在仿真過(guò)程中記錄功率因數(shù)的波動(dòng)情況，并進(jìn)行了諧波分析，結(jié)果表明PFC技術(shù)能夠有效降低交流側(cè)的電流諧波含量并使網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)更趨近于1。
　　4.針對(duì)脈沖整流器本身非線性的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將一種非線性控制策略-自抗擾控制(ADR

5、C)技術(shù)應(yīng)用在混合動(dòng)力整流系統(tǒng)中。首先對(duì)控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，然后在Simulink環(huán)境下用S函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)建模，根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)比分析自抗擾控制策略與傳統(tǒng)PID控制策略給整流系統(tǒng)帶來(lái)的影響。通過(guò)仿真分析可知，與經(jīng)典PID控制策略相比，ADRC控制策略下仿真所得到的直流母線環(huán)節(jié)電壓超調(diào)量相對(duì)較小，達(dá)到穩(wěn)定電壓所需時(shí)間更短，電壓波動(dòng)范圍較小，總諧波電壓含量值更低，且網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)更逼近1，達(dá)到了理想效果。并在原有仿真模型上加入人為干擾信號(hào)，ADRC方