基于級聯(lián)型變換器的貫通式牽引供電系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來，國內(nèi)外對貫通式同相牽引供電系統(tǒng)的研究日益增多，該系統(tǒng)可以取消既有電氣化鐵路中的所有電分相，解決了負序、諧波、無功等問題。加之寬禁帶功率型電力電子器件在高壓大功率場合應用越來越多，這為將來鐵路系統(tǒng)全面應用多電平變換器構成的貫通式同相牽引供電系統(tǒng)提供了良好的發(fā)展契機。本文首先對國內(nèi)外電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題進行了分析，指出研究貫通式牽引供電系統(tǒng)的必要性和現(xiàn)實緊迫性。其次，深入分析、研究寬禁帶功率型電力電子器件的發(fā)

2、展現(xiàn)狀，設計了基于級聯(lián)型變換器的貫通式牽引供電系統(tǒng)結構。最后，從理論分析、仿真驗證和硬件實驗三個方面驗證了該系統(tǒng)的可行性。為了研究貫通式牽引供電系統(tǒng)結構的可行性，分析了單相三電平NPC逆變器和級聯(lián)型逆變器的工作原理，研究了兩者的控制策略;分析了單相逆變器直流側中點電位不平衡的原因并研究了平衡控制方法;結合多電平變換器調(diào)制技術的研究與發(fā)展現(xiàn)狀，深入分析了載波移相調(diào)制、載波層疊調(diào)制和空間矢量調(diào)制技術。根據(jù)單相逆變器和級聯(lián)型逆變器的結構特點，

3、設計了單模塊采用載波層疊調(diào)制策略和級聯(lián)時模塊間載波移相調(diào)制策略，并通過仿真和實驗進行了驗證。
　　本文建立了貫通式牽引供電系統(tǒng)的牽引網(wǎng)等效電路，經(jīng)研究選取牽引網(wǎng)簡化等值電路模型來計算牽引網(wǎng)阻抗;為了驗證貫通式牽引供電系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行，結合系統(tǒng)設計，建立了3個牽引變電所-7輛電力機車運行工況的貫通式牽引供電系統(tǒng)，并利用改進的PQ分解法對牽引網(wǎng)潮流分布進行計算;潮流分析結果顯示，牽引網(wǎng)最低電壓仍能滿足機車運行的最低條件。同時，分析了機

4、車在不同位置時各個牽引變電所輸出功率的關系，即機車負載距離變電所越近，變電所輸出功率越大。以兩個牽引變電所并聯(lián)運行為例，對系統(tǒng)環(huán)流進行了分析，同時證明了系統(tǒng)自身具有下垂特性;分析了單個牽引變電所的并網(wǎng)原理，應用改進型下垂控制策略抑制了系統(tǒng)環(huán)流，實現(xiàn)了貫通式牽引供電系統(tǒng)牽引變電所的穩(wěn)定運行，并通過仿真和實驗進行了驗證。搭建了單相三電平NPC逆變器、級聯(lián)型逆變器、潮流計算模型、貫通式牽引供電系統(tǒng)牽引變電所并聯(lián)運行的仿真模型，驗證了本文的理論