基于三相單相變換器的貫通式同相供電系統(tǒng)研究（可編輯）

1、基于三相單相變換器的貫通式同相供電系統(tǒng)研究 密級(jí):公開國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào):國(guó)際圖書分類號(hào):.西南交通大學(xué)研究生學(xué)位論文級(jí)年 三二級(jí)姓專二。一三年五月 :.:. . . . 、: :. .西南交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)西南交通大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)印手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于.保密口,在 年解密后適用本授權(quán)書:.不保密一使用本授權(quán)書。請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“”和學(xué)位論文作者簽名: 導(dǎo)

2、老師獬名指、/參目期日期:弓.名/”.西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文主要工作貢獻(xiàn)聲明本人在學(xué)位論文中所做的主要工作或貢獻(xiàn)如下:、通過查閱資料,對(duì)現(xiàn)有牽引供電技術(shù)進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)分析,研究了新型貫通式牽引供電系統(tǒng)。、對(duì)貫通式牽引供電系統(tǒng)的控制方式進(jìn)行分析,并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的并網(wǎng)及多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行控制。、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行/仿真,驗(yàn)證系統(tǒng)控制可行性。、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行車網(wǎng)耦合諧波分析。本人鄭重聲明:所呈交的學(xué)位論文, 是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外, 本論文不包含任何其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對(duì)本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均已在文中作了明確說明。本人完全了解違反上述聲明所引起

3、的一切法律責(zé)任將由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名:日期:糾弓.鄉(xiāng)./衫西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)葡 斐傳統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)采取三相.兩相分相供電方式,存在著無功、諧波、負(fù)序等電能質(zhì)量的技術(shù)難題,并且由于過分相裝置的存在,大大制約著機(jī)車的運(yùn)行速度和承載能力。隨著高速,重載鐵路的發(fā)展,該系統(tǒng)面臨著嚴(yán)重挑戰(zhàn)?；诖?本文研究了基于三電平三相一單相二極管鉗位變換器的貫通式同相牽引供電系統(tǒng)。利用電力電子技術(shù)徹底取消過分相裝置,實(shí)現(xiàn)三相負(fù)荷的對(duì)稱以及牽引網(wǎng)側(cè)的柔性可控,大大改善了電能質(zhì)量,提高了系統(tǒng)效率,是一種新型的智能牽引供電系統(tǒng)。本文深入分析了貫通式同相供電系統(tǒng)的控制問題,討論了三相一單相變換器的拓

4、撲結(jié)構(gòu),研究了三相變換器及單相變換器的控制方法,對(duì)于三相變換器采用雙閉環(huán)調(diào)節(jié),并對(duì)直流電容進(jìn)行均壓控制。對(duì)于單相變換器,采用電壓前饋并網(wǎng)控制。建立了變換器數(shù)學(xué)模型,并對(duì)控制系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行了整定,描繪了控制系統(tǒng)開閉環(huán)波特圖,證明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。建立新型牽引網(wǎng)模型,討論分析多機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)的阻抗分布,環(huán)流分布以及下垂性能,得出系統(tǒng)具有下垂特性,可以使用下垂控制實(shí)現(xiàn)多組變換器并聯(lián)運(yùn)行,選取了雙閉環(huán)結(jié)構(gòu),對(duì)電流進(jìn)行解耦,配置了控制系統(tǒng)參數(shù),波特圖證明系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定性要求,并實(shí)現(xiàn)了均流控制。由于機(jī)車作為諧波源會(huì)向系統(tǒng)注入大量諧波電流,牽引供電系統(tǒng)成為最直接的諧波電流源激勵(lì)對(duì)象,很可能對(duì)相關(guān)設(shè)備造成損害。因此,

5、針對(duì)這一新型牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行諧波分析,建立了基于分布式電感電容降階計(jì)算的牽引網(wǎng)阻抗模型,搭建了機(jī)車負(fù)載模型,進(jìn)行了車網(wǎng)耦合仿真,分析了負(fù)載牽引網(wǎng)側(cè)、變電所牽引網(wǎng)側(cè)和三相電網(wǎng)輸出側(cè)的諧波情況,證明了該系統(tǒng)車網(wǎng)耦合時(shí)諧波滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求,還分析了極端情況下大諧波電流注入的情況,該系統(tǒng)諧波情況優(yōu)于現(xiàn)有供電系統(tǒng),為避免諧波諧振提供相應(yīng)的理論參考。為了驗(yàn)證該系統(tǒng)的相關(guān)性能及特性,利用/搭建系統(tǒng)仿真模型和諧波分析模型,對(duì)于三相.單相變換器單機(jī)并網(wǎng)和多機(jī)并聯(lián)并網(wǎng)的情況進(jìn)行建模和仿真,對(duì)于車網(wǎng)耦合的諧波情況進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明該貫通式同相供電系統(tǒng)相比于現(xiàn)有的供電系統(tǒng)模型能更好地解決供電電能質(zhì)量、諧波、無功

6、及三相不平衡電流等問題,相對(duì)于現(xiàn)有系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯。關(guān)鍵詞:三相.單相變換器,貫通式同相供電系統(tǒng),阻抗分析,環(huán)流分析,下垂特性,諧波分析西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)。 :, . .,一 , . . ,? . ,. , ?. . , ?. .?. ,. . , , .,.,., . , . ? / . . , ?, .西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè) :? ? , ,? , ,西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)目 錄第章緒論一.研究背景和意義?.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.貫通式同相供電系統(tǒng)?.論文研究?jī)?nèi)容?.第章三電平三相.單相變換器?.變換器工作原理?.三相變換器及其控制?.變換器的數(shù)學(xué)模型?

7、.變換器解耦控制.?.。與直流電容均壓控制.單相變換器及其并網(wǎng)控制?.變換器開關(guān)模型及三電平.變換器并網(wǎng)控制.本章小結(jié)?.?.?.第章多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行及均流控制?.貫通式同相供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算.環(huán)流分析?.系統(tǒng)的下垂特性分析?.?.控制策略.系統(tǒng)下垂特性?.?.系統(tǒng)下垂控制.?.本章小結(jié)?.?.第章系統(tǒng)仿真模型搭建及分析?.三電平三相一單相變換器模型.仿真模型搭建.?.?.仿真結(jié)果分析?.多變電所并聯(lián)運(yùn)行模型?.?.并聯(lián)模型搭建?.多變電所并聯(lián)運(yùn)行仿真結(jié)果分析.本章小結(jié)?.?.第章貫通式同相供電系統(tǒng)諧波分析.牽引網(wǎng)諧波模型?.?.阻抗降階原理?.導(dǎo)納降階原理?.車網(wǎng)耦合諧波分析.機(jī)車模型.車網(wǎng)

8、耦合模型仿真及分析?.本章小結(jié).?.結(jié)論與展望?.致謝?.參考文獻(xiàn)?西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文?.西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)第章緒 論.研究背景和意義鐵路較公路,水路及空運(yùn)來說,經(jīng)濟(jì)環(huán)保,且受環(huán)境因素影響更小。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高,鐵路的發(fā)展趨勢(shì)也向高速、重載傾斜。世界各鐵路技術(shù)強(qiáng)國(guó)都不約而同地發(fā)展自己的高速鐵路技術(shù)。法國(guó)、德國(guó)、日本的高速鐵路技術(shù)均已走在世界前列,是各國(guó)學(xué)習(xí)模仿的對(duì)象。中國(guó)自年建設(shè)秦沈客運(yùn)專線至今,通過大規(guī)模的高速鐵路建設(shè)及對(duì)既有線路的改造,現(xiàn)已有高速鐵路里程公里以上,成為世界上最大規(guī)模的高速鐵路網(wǎng)絡(luò)。目前,中國(guó)高鐵己基

9、本完成四橫四縱布局,根據(jù)中國(guó)鐵路中長(zhǎng)期規(guī)劃,接下來要形成五縱六橫八連線。中國(guó)高速鐵路的發(fā)展極大促進(jìn)了區(qū)域間經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和交流,是中國(guó)交通運(yùn)輸發(fā)展的重要組成部分。而重載列車的發(fā)展,是為了滿足經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展所帶來的物流壓力,大力發(fā)展鐵路特別是重載鐵路,將促成物資的大交換、大交流,將對(duì)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。年,第一條電氣化鐵路在德國(guó)建成通車。隨著電力、電子、自動(dòng)化及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,電氣化鐵路顯示出極高的效率和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)自年開始修建寶成線電氣化鐵路,到目前為止電氣化鐵路總里程超過公里電氣化牽引供電技術(shù)豐要有直流制、低頻單相交流制、三相交流制和工頻單相交流制幾種。牽引供電系統(tǒng)是電氣化鐵路

10、的重要組成部分之一,同時(shí)該系統(tǒng)又是電力系統(tǒng)的重要的負(fù)載。因此,牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能對(duì)鐵路和電力系統(tǒng)具有重要影響。我國(guó)采用的是工頻單相交流制供電技術(shù),目前已占全世界電氣化鐵路牽引供電方式的%以上。而在我國(guó),工頻單相交流制供電技術(shù)又有多種結(jié)構(gòu),如供電方式、供電方式、供電方式和直接供電方式等。但是在其結(jié)構(gòu)中均有過分相裝置。隨著高速、重載列車的發(fā)展,其問題也逐漸暴露出來。工頻單相交流制供電系統(tǒng)在牽引變電所將三相供電系統(tǒng)變換為兩相,并分別向兩側(cè)的接觸網(wǎng)供電,如圖.所示。其優(yōu)點(diǎn)包括主變壓器制造要求小,價(jià)格低廉,可將各牽引變電所的兩個(gè)重負(fù)電荷輪換接入電力系統(tǒng)中的三相。但是,隨著高速、重載鐵路的發(fā)展,該系

11、統(tǒng)面臨著以下幾點(diǎn)嚴(yán)重挑戰(zhàn)【】:在兩相供電時(shí),為求得對(duì)電力系統(tǒng)的平衡,牽引變電所采取三相進(jìn)線換相連接措施,這就導(dǎo)致了.側(cè)接觸網(wǎng)的電分相環(huán)節(jié)分相絕緣器出現(xiàn)。而高速和重載運(yùn)輸則要求機(jī)車受電弓平滑連續(xù)地受流,因此這種分相環(huán)節(jié)由于其機(jī)械、電氣上的弱點(diǎn),不儀成為速度和牽引力損失的主要原因,也是整個(gè)系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)之一。若縮短供電臂距離,增加牽引變電所數(shù)目,則耗費(fèi)巨大。而自動(dòng)過西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)分相裝置雖然是解決問題的方法之一,但因電壓高、轉(zhuǎn)換動(dòng)作頻繁,使其準(zhǔn)確性和可靠度在應(yīng)用中受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)還在研究階段,國(guó)外在使用中的技術(shù)缺陷依然存在。因此,除非研制新型自動(dòng)過分相裝置,否則,過分相

12、仍是一個(gè)技術(shù)瓶頸。高速、重載運(yùn)輸都需要大容量供電,為滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中電力系統(tǒng)對(duì)電氣化鐵道以負(fù)序?yàn)橥怀龅碾娔苜|(zhì)量的限制指標(biāo),增大變電所容量成本過高,而原有兩相供電方式所使用的無功補(bǔ)償技術(shù)已無法適應(yīng)。若在牽引變電所采用可調(diào)對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù),即使使用交一直一交機(jī)車牽引不計(jì)其無功和諧波,技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上均難達(dá)到理想狀態(tài)。我國(guó)建設(shè)的高速鐵路是高、中速混跑模式,若出現(xiàn)交一直一交機(jī)車與交一直機(jī)車混用局面,除負(fù)序外,無功和諧波仍然存在,電能質(zhì)量不能改善,電氣化鐵路面臨高價(jià)電費(fèi)問題,同時(shí)速度和牽引力的損失可能使高中速列車的速差進(jìn)一步拉大,影響整體運(yùn)能。;?傳統(tǒng)方式供電區(qū)問?一基于的同辛供電區(qū)間?圖?傳統(tǒng)分相供電系統(tǒng)與同相

13、供電系統(tǒng)示意圖.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀同相供電系統(tǒng)是一種新型的牽引供電系統(tǒng),是牽引供電系統(tǒng)的發(fā)展方向之一,其特性符合高速重載鐵路的要求【】,因此,世界各國(guó)均致力于類似該方向的研究。德國(guó)既有電力牽引系統(tǒng)采用 、低頻率.的單相供電系統(tǒng),具有較好的實(shí)現(xiàn)同相供電的基礎(chǔ)。日本鐵科院、東日鐵公司和明電舍等聯(lián)合研制了具有平衡兩相供電與諧波無功補(bǔ)償特性的補(bǔ)償系統(tǒng),并已投入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行【 。我國(guó)學(xué)者提出的“同相供電補(bǔ)償系統(tǒng)”是針對(duì)既有線路的一種較好的同相供電系統(tǒng),該系統(tǒng)以牽引供電既有線為補(bǔ)償對(duì)象,采用基于電力電子補(bǔ)償裝置,解決既有電氣化鐵路的電能質(zhì)量問題,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了變電所的同相供電,將過分相個(gè)數(shù)減半【】。基于既有線路改造的

14、同相供電系統(tǒng)已經(jīng)在四川眉山試運(yùn)行】,如圖.所示。該系統(tǒng)通過平衡變壓器將電網(wǎng)上的三相電,轉(zhuǎn)化為兩相。,。提供牽引功率,而連接動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。補(bǔ)償單相電西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)網(wǎng)負(fù)載電流的無功和諧波,并傳遞一半有功,平衡變壓器負(fù)載兩相輸出,并實(shí)現(xiàn)同相供電。接補(bǔ)償器的一相輸出也可為傳統(tǒng)兩相供電系統(tǒng)的另一供電臂供電,因此,該系統(tǒng)適合既有線路改造,是當(dāng)前一種可行的同相供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。但是,連接牽引變壓器副邊兩相的輸出并不改變供電臂的相位,如果相鄰兩供電段變壓器輸出存在相差,則不宜將相鄰變電所直接相連,所以該方案難以實(shí)現(xiàn)整個(gè)牽引供電大系統(tǒng)范圍內(nèi)的同相貫通供電。.貫通式同相供電系統(tǒng)圖?貫通式同相

15、供電模式的發(fā)展,基于電力電子裝置的三相.單相變換器為實(shí)現(xiàn)理想同相供電系統(tǒng)提供了良好的支撐,使得基于三相一單相變換器實(shí)現(xiàn)理想模式的同相供電系統(tǒng)成為可能。本文研究的三相.單項(xiàng)變換器由三電平三相整流器與三電平單相逆變器背靠背組成,連接三相電網(wǎng)與單相牽引供電系統(tǒng),不再需要圖.中的補(bǔ)償裝置。由于三相系統(tǒng)側(cè)與單相系統(tǒng)側(cè)的變換器都具有四象限運(yùn)行的能力,因此,能夠?qū)⒂泄δ芰吭趦蓚?cè)三相.單相系統(tǒng)間傳遞,并通過三相系統(tǒng)側(cè)的整流器實(shí)現(xiàn)三相電網(wǎng)有功電流的平衡,同時(shí)通過單相系統(tǒng)側(cè)的逆變器提供牽引供電及同相并網(wǎng)能力。如果單個(gè)變電所出現(xiàn)故障后,該故障所在的供電區(qū)段可以與系統(tǒng)斷開連接,并不影響其它供電區(qū)段的正常運(yùn)行。因此,基

16、于三相單相變換器的同相供電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)牽引網(wǎng)與三相電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、綠色的運(yùn)行和使用,可以說是一種智能牽引網(wǎng)。電力電子變換器的多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有系統(tǒng)容量大、直流電壓高等優(yōu)點(diǎn),是解決器件容量、速度同系統(tǒng)容量、輸出波形質(zhì)量之間的矛盾的有效方案。當(dāng)前,多電平變換器研究較多的有鉗位二極管. 、飛跨電容型和級(jí)聯(lián)型等類型。其中結(jié)構(gòu)節(jié)約高壓電容數(shù)目、不需要獨(dú)立直流電源,在高壓大功率領(lǐng)域應(yīng)用廣泛】。西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)三電平交直交變電所牽引供電系統(tǒng)變電所由一個(gè)或多個(gè)三相一單相變換器組成,變換器由構(gòu)成。的使用使得變換器電平數(shù)增加,改善了輸出電壓:降低系統(tǒng)的:低耐壓器件應(yīng)用到高壓大功率

17、輸出得以實(shí)現(xiàn)。不同于和,變電所簡(jiǎn)化為一個(gè)不受控單相逆變器,為牽引網(wǎng)提供初始電壓。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí),為其它變電所提供電壓支持,并作為一個(gè)獨(dú)立的變電所運(yùn)行。機(jī)車能夠在三電平交直交變電所牽引供電系統(tǒng)的任意一點(diǎn)受流。牽引網(wǎng)可以完全取消過分相,徹底解決不平衡及其它電能質(zhì)量問題,獲得更高的系統(tǒng)效率,是一種新型的智能牽引網(wǎng)。.論文研究?jī)?nèi)容本文的緒論部分介紹了兩種現(xiàn)有供電模式的優(yōu)缺點(diǎn)以及貫通式同相供電系統(tǒng)相對(duì)于前兩種模式的優(yōu)點(diǎn),介紹了國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究進(jìn)展以及貫通式同相供電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和性質(zhì)。第二章著重介紹三相.單相變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及三相和單相部分的控制策略。其中三相部分采用雙閉環(huán)控制,并對(duì)直流電容進(jìn)行均壓

18、控制。對(duì)于單相部分,采用電壓前饋并網(wǎng)控制。簡(jiǎn)單介紹了三電平和控制方法。分析了三相及單相部分的具體控制參數(shù)的整定,以及計(jì)算仿真了系統(tǒng)的開閉環(huán)頻率特性。實(shí)現(xiàn)單個(gè)變電所的完整功能。第三章重點(diǎn)分析多變電所并聯(lián)運(yùn)行的相關(guān)控制。通過分析系統(tǒng)的阻抗分布,建立模型,進(jìn)而進(jìn)行環(huán)流計(jì)算,分析其下垂特性,最后使用下垂控制對(duì)多個(gè)變電所進(jìn)行均流控制。討論了畸變非正弦周期電流的分解,并對(duì)于下垂控制系統(tǒng)的參數(shù)整定進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析。第四章搭建系統(tǒng)的仿真模型,給出仿真和計(jì)算結(jié)果。首先對(duì)于三電平三相.單相變換器單機(jī)并網(wǎng)的情況進(jìn)行仿真。之后對(duì)于多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行狀況下變電所能否根據(jù)負(fù)載變化實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定和電流指定輸出進(jìn)行了仿真和討論。第五

19、章主要針對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行諧波分析,通過建立諧波阻抗降階分析模型,搭建了整流負(fù)載模型,并進(jìn)行車網(wǎng)耦合仿真,驗(yàn)證了系統(tǒng)諧波總畸變率低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),并考慮了大諧波電流注入的情況,為避免諧波諧振提供一定的理論參考。最后,對(duì)本文進(jìn)行總結(jié),指出可進(jìn)一步深入研究的內(nèi)容。西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)第章三電平三相.單相變換器.變換器工作原理當(dāng)前,三相整流器與橋式單相逆變器是大容量電力電子設(shè)備的研究重點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)大功率變換的幾種解決方案中,多電平變換器具有輸出電壓波形畸變 ,/、器件電壓應(yīng)力和系統(tǒng)電磁干擾低等優(yōu)點(diǎn)【。其中基于結(jié)構(gòu)的多電平變換器可以節(jié)約高壓電容數(shù)目、不需要獨(dú)立直流電源,在高壓大功率領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。三

20、相電網(wǎng)三相變換器 直流電容單相變換器 牽引網(wǎng)圖. 三電平三相.單相變換器本文研究的三相一單相變換器由三電平三相變換器與三電平單相變換器背靠背組成,連接三相電網(wǎng)與單相牽引供電系統(tǒng),如圖.所示。由于三相系統(tǒng)側(cè)與單相系統(tǒng)側(cè)的變換器都具有四象限運(yùn)行的能力。因此,能夠?qū)⒂泄δ芰吭趦蓚?cè)三相一單相系統(tǒng)間傳遞,并通過三相系統(tǒng)側(cè)的變換器實(shí)現(xiàn)三相電網(wǎng)有功電流的平衡,同時(shí)通過單相系統(tǒng)側(cè)的變換器提供牽引供電及同相并網(wǎng)能力?；谌嘁粏蜗嘧儞Q器的同相牽引供電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)牽引電網(wǎng)與三相電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好的運(yùn)行和使用,是貫通供電系統(tǒng)的核心設(shè)備。本文采用的三電平二極管鉗位三相一單相變換器,它主要由三個(gè)子模

21、塊組成:三相變換器:在三相電網(wǎng)和直流環(huán)節(jié)之間傳遞能量。牽引工況下,作為整流器將電網(wǎng)側(cè)的三相電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電,從電網(wǎng)吸收能量;再生工況下,作為逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為三相電,向電網(wǎng)回饋能量;支撐電容:串聯(lián)電容儲(chǔ)存能量,為背靠背變換器提供直流電壓。單相變換器:在供電線和直流環(huán)節(jié)之間傳遞能量。牽引工況下,作為逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為頻率幅值相位可調(diào)的單相電,從直流側(cè)汲取能量,為機(jī)車供電;再生工況下,作為整流器將單相電轉(zhuǎn)換為直流電,給直流側(cè)輸送能量。西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第頁(yè)一.三相變換器及其控制.變換器的數(shù)學(xué)模型圖 三電平三相變換器數(shù)學(xué)模型三相三電平二極管鉗位變換器開關(guān)等效電路如圖所示,三個(gè)橋臂

22、的開關(guān)分別用、表示。考慮所有功率元件均為理想開關(guān)且變換器三相對(duì)稱,有出。則彳、艿、三相的開關(guān)函數(shù)滿足:。坼:互%口, ?一一三%對(duì)于相,定義三種接通狀態(tài)開關(guān)函數(shù)為。,。,墨。,即有:。,:。,墨。墨:.。,墨。,墨。 ?【一:。,。,。且有約束條件:。:。,。 ?即上述開關(guān)狀態(tài)每次只有一個(gè)為,其余都為。根據(jù)定律,有:?！表衿驂?比。?%咆魯曲。”吮一。墮饑。吃圪 ?吃【. / 、,綜 日 式 , 、, 可 得西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)防班鞏礦。礦。 墨 % &邑其中:,:系統(tǒng)三相對(duì)稱,且為三線制,則有:虬%虬根據(jù)定律,直流側(cè)有:卜 一. 既 . 乙耐?一& . 是 .丘 刪警孥根據(jù)基

23、爾霍夫定理,以及式,得到三相三電平變換器在三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型如式所示:。 。 。 。一 一 一 ,忍丘 巳 .口 。一 么 % 。 。 , 。一 一 一厶 艮% . 。一 乞 & ,。 是。 。一 一 一厶 艮巳 . 。一 ,如 叉 ,丸一衍以瓦丸一衍?一義義八 戶戶戶 /,./,./,.一/ 戶戶戶。百。、。?制警叫&峨。耐%“認(rèn)為交流側(cè)電感厶三,電阻兄毽是,根據(jù)圖?,可得三相交流側(cè)電壓方程:慶刪臥 圈三相變換器交流側(cè)可分為電源、電阻和電感三部分,對(duì)于各部分分別求得其幽坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型:電源部分三相交流電壓%和電流表達(dá)式如下:西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)一虬廳“/虧一口 吼一

24、吼。饑正相 其中:識(shí)網(wǎng)電壓初鮮】始 :目位饑一一交流側(cè)電流信。峰值尋一一如峰值、/了一一。出峰但臣相 止坐標(biāo) 位角為,可得:虬虬 【 矧叮在 :相靜.吒砌。. %】 .在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下:。卜刪砌?！柯S如掣電感部分設(shè)交流.仞 :坐標(biāo)系中為:三相電阻電壓在一相靜吃如腸肭】 . 在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下:. 。卜甜幻。西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)有箏吃乞如,。,得到:.阢。一三國(guó)/。 由式?,?得到由坐標(biāo)下數(shù)學(xué)模型:。,阱茗三筒其中,蘭,圪,圪為由坐標(biāo)下的輸入電壓,即解耦的有功和無功分量,整理后得:、 屯。乞一印:,滬印 .變換器解耦控制通過控制三相電網(wǎng)和直流電容之間的有功電流的幅值和方向以保持直流電

25、壓的穩(wěn)定。本文采用解耦控制策略,通過采集網(wǎng)側(cè)電流信號(hào),經(jīng)過三相電壓鎖相后進(jìn)行.變換,實(shí)現(xiàn)有功無功解耦,然后采集直流側(cè)實(shí)際電壓與給定電壓做比較,差值經(jīng)控制器輸出量與三相電流分量比較,經(jīng)控制器輸出電流控制指令信號(hào)的分量,另一方面將三相電流分量與給定值比較,經(jīng)控制器輸出電流控制指令信號(hào)的分量。然后,根據(jù)式?計(jì)算得到電壓的分量,將其逆變換,經(jīng)控制模塊后輸出三相橋開關(guān)控制信號(hào),實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定整流。三相變換器的控制原理如圖.所示。陌圖三電平三相變換器控制原理框圖控制系統(tǒng)包括一個(gè)電壓外環(huán),負(fù)責(zé)對(duì)直流電壓進(jìn)行控制;一個(gè)基于電流前饋的電流內(nèi)環(huán);一個(gè)鎖相環(huán),負(fù)責(zé)為.坐標(biāo)變換提供電網(wǎng)電壓的相位,保證網(wǎng)第頁(yè)西南交通大學(xué)碩士

26、研究生學(xué)位論文側(cè)的單位功率因數(shù)電流的實(shí)現(xiàn):系統(tǒng)還采用空間電壓矢量進(jìn)行調(diào)制。解耦后電流內(nèi)環(huán)的控制框圖如圖.所示。根據(jù)圖.可得電流內(nèi)環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為麗百 面瓦而./:麗設(shè)控制器的積分時(shí)間與電流內(nèi)環(huán)采樣時(shí)間相同,則,.,為功率開關(guān)的開關(guān)時(shí)間,啊為整流器等效增益。根據(jù)典型型系統(tǒng)的要求,為了使電流內(nèi)環(huán)得到滿意的電流跟隨性能,合并兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)傳遞函數(shù):上監(jiān):上絲型:莖型 ?. ., 圖? 電流內(nèi)環(huán)控制原理框圖為消去控制環(huán)節(jié)與電路的零極點(diǎn),設(shè),/,蟛/秭,得到電流內(nèi)環(huán)的開環(huán)傳函為:,啪,赫赤其中,自然角頻率哦,阻尼比考上,由此可得電流環(huán)參數(shù)如下:面殺恥志其閉環(huán)傳函為:甌面弦瓦而取第頁(yè)西南交通大學(xué)碩士研究生

27、學(xué)位論文.,善.啊。正。根據(jù)式可求得電流內(nèi)環(huán)尸,參數(shù)如下:稀,?！拜马? 一 一?帕棚圖電流內(nèi)環(huán)開閉環(huán)波特圖圖.為電流內(nèi)環(huán)的開閉環(huán)波特圖。由上圖可以看出電流內(nèi)環(huán)系統(tǒng)有較大相位裕度,可以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定及帶寬的條件。電壓外環(huán)的控制結(jié)構(gòu)如圖.所示。圖?電壓外環(huán)控制原理框圖圖中甌為電流內(nèi)環(huán)等效環(huán)節(jié),由于電流內(nèi)環(huán)的截止頻率高于電壓外環(huán)的截止頻率,項(xiàng)系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于項(xiàng)系數(shù),可以忽略。因此電流內(nèi)環(huán)可以等效為一階慣性環(huán)節(jié),其閉環(huán)傳遞函數(shù)可以化簡(jiǎn)為:【,高經(jīng)簡(jiǎn)化的電壓環(huán)控制結(jié)構(gòu)如圖,其中。為電壓環(huán)采樣時(shí)間常數(shù)。第頁(yè)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文圖簡(jiǎn)化電壓外環(huán)控制原理框圖可得電壓環(huán)開環(huán)傳函為:?瓦再.面”麗丁:笠?”.

28、。電壓環(huán)閉環(huán)傳函為:小,麗而囂等篙蠢該系統(tǒng)為典型型系統(tǒng),根據(jù)三階最佳整定方法【,有:魚旦:墜:貿(mào)互。其中紅.為中頻帶寬,一般取。夏專根據(jù)式 ,可求得電壓外環(huán)的控制參數(shù)如下:一?蠢淼童一根據(jù)式.可求得電壓外環(huán)尸,參數(shù):,訂。由以上結(jié)果可以得到電壓外環(huán)開環(huán)、閉環(huán)函數(shù)的波特圖如圖.所示?？梢钥闯鱿到y(tǒng)有較大相位裕度,可以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定及帶寬的條件。西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)“。.:、. :焱、:圖.電壓外環(huán)開閉環(huán)波特圖.與直流電容均壓控制根據(jù).的分析,三相三電平變換器的每相橋臂有種開關(guān)狀態(tài),整個(gè)變換器共有種開關(guān)狀態(tài),而由于冗余的存在,實(shí)際上只有個(gè)矢量與這種開關(guān)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。其中有長(zhǎng)矢量個(gè),其幅值

29、為吃,位于外六邊形的項(xiàng)點(diǎn);中矢量個(gè),其幅值為.半吃,位于外六邊形的中點(diǎn); 個(gè)小矢量,其幅值為/,位于內(nèi)二六邊形頂點(diǎn),個(gè)零矢量,只有零矢量和短矢量才會(huì)存在冗余,分布情況如圖?所示。控制策略的原理就是在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)使用變換器三相輸出脈沖電壓合成期望輸出的參考矢量電壓,即用平均角速度去逼近期望的基準(zhǔn)源空間旋轉(zhuǎn)。具體角速度,具體計(jì)算過程包括區(qū)域判斷,時(shí)間計(jì)算,時(shí)間狀態(tài)分配三步【計(jì)算方法不再贅述。三相三電平二極管變換器在運(yùn)行過程中,必然會(huì)產(chǎn)生直流電容電壓的不平衡,這是由于中矢量對(duì)應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)使得中點(diǎn)總是與某相電流相聯(lián)系,電流的注入造成了中點(diǎn)電位不平衡;而每個(gè)小矢量有兩種開關(guān)狀態(tài)正和負(fù),正小矢量作用時(shí),

30、中點(diǎn)電位降低,負(fù)小矢量工作時(shí),中點(diǎn)電位升高【】;長(zhǎng)矢量和零矢量對(duì)應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)與中點(diǎn)均沒有連接,不影響中點(diǎn)電位。中點(diǎn)電壓的不平衡會(huì)造成變換器輸出畸變,開關(guān)管電壓不平衡,嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞開關(guān)管,電容上的電壓波動(dòng)會(huì)降低電容壽命,因此有必要對(duì)于中點(diǎn)電壓進(jìn)行必要的控制 。目前,針對(duì)中點(diǎn)電壓平衡問題的解決有多種途徑,主要分為硬件方法和軟件方法兩大類【 。硬件方法包括強(qiáng)行分壓、并接換流器以及構(gòu)造均壓電路三種,強(qiáng)行分壓即在輸出直流側(cè)電容兩端并聯(lián)大電阻,這樣會(huì)造成大功率、高電壓場(chǎng)合下的巨大功率損耗:并接換流器與直流側(cè)電源和電容之間,將中點(diǎn)電流引入變流器,避免其對(duì)中點(diǎn)電壓的干擾,這樣雖然減小了不必要的功率損耗,但是增

31、加了西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)設(shè)備成本,也使系統(tǒng)更為復(fù)雜:而構(gòu)造均壓回路,則是利用電容或電感的儲(chǔ)能特性,由元件充放電進(jìn)行對(duì)中點(diǎn)電流的調(diào)節(jié),這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于不受限于負(fù)載狀況,且與調(diào)制方式無關(guān),但是由于元件有充放電時(shí)間的限制,在高頻場(chǎng)合下的均壓效果會(huì)受到限制。瓜/ /瀝/心念心泐.歷弋彥影憾。瓜八。/ /. 、/圖?空間電壓矢量分布圖軟件方法則是通過調(diào)整的算法來調(diào)節(jié)中點(diǎn)電流,不需要加入額外的硬件設(shè)備,其具體方法由調(diào)制方式?jīng)Q定。在方式下,采用基于電荷平衡的控制,即保證一個(gè)周期內(nèi)流入及流出電容的電荷量不變,這個(gè)可以通過在調(diào)制過程中注入零序分量實(shí)現(xiàn)【引。而方式下則是通過控制正負(fù)小矢量對(duì)應(yīng)中點(diǎn)

32、電流方向來實(shí)現(xiàn)的【。軟件方法較硬件方法而言,系統(tǒng)更簡(jiǎn)單,設(shè)備花費(fèi)更少,目前被普遍采用。本文中選取基于調(diào)制方式的中點(diǎn)電壓軟件控制方法。在合成空間電壓矢量時(shí),至少會(huì)用到一對(duì)正負(fù)小矢量,通過調(diào)整正負(fù)小矢量對(duì)的相對(duì)作用時(shí)間,可以對(duì)中點(diǎn)電壓進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)合成的要求,每次只有一相橋臂開關(guān)動(dòng)作。在調(diào)節(jié)時(shí)需檢測(cè)該矢量開關(guān)管狀態(tài)對(duì)應(yīng)相的電流方向,就可知該小矢量對(duì)直流電容電壓的影響趨勢(shì),通過調(diào)整正負(fù)小矢量的相對(duì)作用時(shí)間,就可以實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電位平衡。設(shè)。一”,當(dāng)時(shí),即電容電壓偏大,應(yīng)當(dāng)延長(zhǎng)正小矢量的作用時(shí)間,即延長(zhǎng)電容 的放電時(shí)間,使其電壓下降;反之,則減少正小矢量的作用時(shí)間,即減少電容的放電時(shí)間,使其電壓上升。為了避

33、免電壓波動(dòng)造成開關(guān)頻繁動(dòng)作,設(shè)定閾值,其電壓不平衡超過一定范圍,即當(dāng)或一再作調(diào)整,其正負(fù)小矢量的作用時(shí)間通過調(diào)制因數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),其取值由以下條件決定:西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 頁(yè).?.礦,三 三 衛(wèi)上旦上 ?圖作州時(shí)間分配圖.單相變換器及其并網(wǎng)控制.變換器開關(guān)模型及三電平上單相三電平變換器開關(guān)等效電路如圖. 所示。圖中為直流側(cè)電容的電壓,為直流側(cè)電容上的電壓。為便于分析,我們將開關(guān)管用理想開關(guān)來代替,。代表相橋臂開關(guān),代表相橋臂開關(guān),忽略牽引繞組電阻與、與分別是、兩橋臂上下功率開關(guān)。觚吐.一廠一、,一“。,乞, 照, ,。圖.單相變換器開關(guān)等效電路開關(guān)函數(shù)如下:乃導(dǎo)通?既?導(dǎo)通西南交通

34、大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第頁(yè)甌器鬻由于上、下橋臂不能同時(shí)導(dǎo)通,所以功率開關(guān)與、與的驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須互補(bǔ)。因此于整流器網(wǎng)側(cè)輸入端電壓口有三個(gè)電平值:、.。、 、 、有效的開關(guān)組合有種,即 四種邏輯,則整流器網(wǎng)側(cè)輸入端電壓口可表示為:。一甌% 類似于對(duì)三相變換器的開關(guān)狀態(tài)分析,單相變換器每個(gè)橋臂均有三種開關(guān)狀態(tài),總共有九種,其具體情況如表.所示?？刂萍夹g(shù),用一種正弦參考波為調(diào)制波,與載波通常是倍于調(diào)制波頻率的三角波或鋸齒波進(jìn)行比較,產(chǎn)生一組幅值相等、而寬度正比于調(diào)制波的矩形脈沖序列來等效調(diào)制波,對(duì)開關(guān)管進(jìn)行通斷控制。表.工作模式及相應(yīng)電壓乃, . 乃死 工作模式甜口 “, ?！? 材,?！? ? “,?

35、. ? 。 一三電平單相變換器調(diào)制方法相比兩電平要稍顯復(fù)雜,采用單極性正負(fù)。,反相層疊式載波調(diào)制,如圖. 所示。相調(diào)制波與相調(diào)制波相位相差為減少高次諧波,相載波與相載波相差相位。其理想開關(guān)函數(shù)如式.。經(jīng)調(diào)制輸出的、相信號(hào),分別控制單相變換器、相橋臂上開關(guān)管的通斷【?？谡齻?cè)載波甜。口負(fù)側(cè)載波時(shí),?？谡齻?cè)載波“口/叩負(fù)側(cè)載波時(shí), .”?？谡齻?cè)載波,陽負(fù)側(cè)載波時(shí),.西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)圖. 三電平逆變器調(diào)制示意圖.變換器并網(wǎng)控制變換器并網(wǎng)控制框圖如圖所示。其中,。為濾波環(huán)節(jié),:為逆變環(huán)節(jié),為控制,為電壓前饋環(huán)節(jié)【。圖.引入電壓前饋?zhàn)儞Q器并網(wǎng)控制框圖濾波環(huán)節(jié)傳函為:鬲單相變換器環(huán)節(jié)可等

36、效為慣性環(huán)節(jié),其傳遞函數(shù)為:?:麗其中刪時(shí)間常數(shù)可取。環(huán)節(jié)傳函:?:?:令:西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè), 、 會(huì)去 . 尺由于電網(wǎng)電壓對(duì)并網(wǎng)電流有擾動(dòng),因此加入電網(wǎng)電壓前饋環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)補(bǔ)償。加入電壓前饋后,并網(wǎng)電流的傳遞函數(shù)為: 、 。一剝揣九 :若消除電網(wǎng)電壓的擾動(dòng),則使,歧口:?一麗結(jié)合式.,可得系統(tǒng)參數(shù)和開環(huán)傳函與閉環(huán)傳函分別為:查一瓦了麗瓦麗而取.,.,可得,。系統(tǒng)的開閉環(huán)傳函波特圖分別如圖. 所示?？梢钥闯鱿到y(tǒng)均有較大相位裕度,可以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定及帶寬的條件。圖.系統(tǒng)開環(huán)、閉環(huán)波特圖.本章小結(jié)本章研究分析了三相.單相變換器三相和單相部分的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)模型。討西南交通大學(xué)碩士

37、研究生學(xué)位論文 第頁(yè)論三電平及控制方法。詳細(xì)分析了三相變換器電壓電流雙閉環(huán)、直流電容中點(diǎn)電壓平衡及單相變換器部分電壓前饋并網(wǎng)的控制方式,并對(duì)控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行整定計(jì)算,最后給出系統(tǒng)頻率特性計(jì)算仿真結(jié)果,證明了參數(shù)配置的正確性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。完成了三相.單相變換器單機(jī)運(yùn)行功能的實(shí)現(xiàn)。西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)第章多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行及均流控制貫通式同相供電系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)整個(gè)牽引網(wǎng)的貫通,需要多個(gè)變電所并聯(lián)運(yùn)行,為牽引網(wǎng)供電。而多個(gè)變電所的并聯(lián)則不可避免帶來環(huán)流和功率分配等問題,要解決這些問題,首先要對(duì)貫通式同相牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行阻抗分析,了解其阻抗分布情況,進(jìn)而分析系統(tǒng)的環(huán)流分布,驗(yàn)證系統(tǒng)是否有下垂特

38、性,再?zèng)Q定控制策略。.貫通式同相供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算牽引網(wǎng)是牽引系統(tǒng)的重要組成部分,由接觸網(wǎng)包含接觸線、承力索、加強(qiáng)導(dǎo)線口等、鐵軌及大地構(gòu)成回路,貫通同相供電系統(tǒng)的接觸網(wǎng)部分與現(xiàn)有鐵路模型類似。因此,對(duì)于貫通式同相供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)的分析可以參照現(xiàn)有牽引網(wǎng)阻抗分析進(jìn)行【。牽引網(wǎng)上工頻電壓較低,在計(jì)算牽引網(wǎng)阻抗時(shí),可以忽略分布電容和電導(dǎo)的影響,只計(jì)算牽引網(wǎng)有效電阻和電抗。以鏈型懸掛帶加強(qiáng)導(dǎo)線的單線牽引網(wǎng)為例,首先建立并聯(lián)導(dǎo)線網(wǎng).地回路簡(jiǎn)化模型如圖.所示。卜?一?二一圖.并聯(lián)導(dǎo)線網(wǎng)一地回路簡(jiǎn)化模型列寫各導(dǎo)線一地電路的電壓方程有【,亨 二, ,一, 一解之得:曇。 咖?”, , 。式中,將三個(gè)并聯(lián)導(dǎo)線

39、一地回路等效成一個(gè)當(dāng)量導(dǎo)線一地回路,根據(jù)阻抗的定義可西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)求得其單位長(zhǎng)阻抗為:二一?一一? ,:掣:占?;,?;一其中,?,設(shè)定三個(gè)并聯(lián)導(dǎo)線對(duì)稱,即其自阻抗和相互間的阻抗均相等,這就使得電流,在三個(gè)導(dǎo)線中均勻分布。這樣就有,由式和可得吉:【恐%。.。歹。.,:南萬吃吩。.。,。?,習(xí)乏霞霞忑麗這樣,三個(gè)并聯(lián)導(dǎo)線一地回路就構(gòu)成一個(gè)當(dāng)量導(dǎo)線一地回路,對(duì)照單導(dǎo)線一地回路情形,上式即為當(dāng)量導(dǎo)線一地回路的等效阻抗,其等效半徑為叫,足:,:,:,。所以,電流均勻分布的三個(gè)并聯(lián)導(dǎo)線網(wǎng).地回路等效成一個(gè)導(dǎo)線地回路后,該導(dǎo)線的等效半徑為礎(chǔ)卜西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)疋:,

40、單位長(zhǎng)阻抗為:導(dǎo)線與導(dǎo)線之間的距離為西:。線路模型如圖.所示。 曲 地面一一隹一一 一俐進(jìn)人地燧可域卜?一?.?一圖 線路模型根據(jù)電磁場(chǎng)理論,可以求得導(dǎo)線導(dǎo)線的單位長(zhǎng)自感厶、及兩者之間的單位長(zhǎng)互感:分別為鏟峰。,妒%斗薏一?式中,嘗。/進(jìn)一步可求得兩導(dǎo)線單位長(zhǎng)自阻抗及其之間的單位.抗分別為/毗.。?一/塒對(duì)圖所示電路建立回路電壓方程毛一,厶則導(dǎo)線卜地回路單位長(zhǎng)等值自阻抗毛為,:掣:一一。一:/厶一。:三:砘訓(xùn)腳若毫在工頻下,:,則.娟訓(xùn)/.囂毫剛砌西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第頁(yè)式中,大地交流電阻為巧/?一/砌. 工頻頻率,則./。令害將式? ,.帶入式. ,并采用常用對(duì)數(shù),得導(dǎo)線卜地回路單

41、位長(zhǎng)等值自阻抗為圳.尺。/砌式中,為導(dǎo)線在大地的等值深度?瑯囂訓(xùn)式中,/為電流頻率,單位;仃為大地電導(dǎo)率,單位/。仃可取/?,或取哦?？紤]接觸網(wǎng)與軌地回路互感,建立模型如圖.所示。 /.一、 .、 兇 /,卜?一卜?一圖.接觸網(wǎng)與軌地回路互感線路模型已知導(dǎo)線、的等效半徑、有效電阻和兩兩導(dǎo)線之間的距離, 因此可得兩導(dǎo)線的單位自阻抗及其之間的單位互阻抗分別為川刪巹四湖蘭/砌?式中,且。建立導(dǎo)線.地回路電壓方程有一一一?西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)毛%:掣/一一一一一/百抽將式.代入式.,并將自然對(duì)數(shù)換成常用對(duì)數(shù),得工頻下的兩導(dǎo)線.地回路單位長(zhǎng)互阻抗毛.孚/.綜合上述分析,可以得到牽引網(wǎng)電路

42、最簡(jiǎn)模型如圖.所示。,一?翥?、,、一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一,。、:一?一一.血型二掣?一卜二二二二二二二二蘭二生二二叫。圖.牽引網(wǎng)電路最簡(jiǎn)模型根據(jù)牽引網(wǎng)電路最簡(jiǎn)模型模型,可以得出回路電壓方程如下:? ? ?二旦絲一,.一笪,則牽引網(wǎng)單位長(zhǎng)阻抗為: .一?一一? 。:一:一一芷選取單線有加強(qiáng)全補(bǔ)償鏈形懸掛,導(dǎo)線型號(hào)一一一/,鋼軌規(guī)格為/。查閱相關(guān)參數(shù)【引,計(jì)算得接觸網(wǎng)一地回路自阻抗為.月. /砌,軌一地回路自阻抗為.曲. /,互阻抗為./枷,牽引網(wǎng)單位長(zhǎng)等效阻抗為.月./砌。.環(huán)流分析貫通式同相供電系統(tǒng)雖然解決了牽引網(wǎng)的電能質(zhì)量和功率平衡問題,但是也帶來了新的

43、問題。由于實(shí)現(xiàn)了貫通,因此各變電所并聯(lián)運(yùn)行,由于參數(shù)及運(yùn)行情況差異,變電所之間會(huì)出現(xiàn)環(huán)流,過大的環(huán)流不儀對(duì)于負(fù)載沒有貢獻(xiàn),反而會(huì)增.西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè)加系統(tǒng)負(fù)擔(dān),甚至損壞設(shè)備。因此有必要對(duì)該系統(tǒng)的環(huán)流加以分析。將變電所等效為電源,簡(jiǎn)化的兩變電所并聯(lián)回路如圖所示。其中,.是電源輸出電壓幅值,是電源輸出電壓相位,.是變電所等效輸出感抗,是變電所等效輸出阻抗,是牽引網(wǎng)等效輸出阻抗,乙是負(fù)載,即運(yùn)行的機(jī)車,是兩電源輸出電流,是環(huán)流。圖牽引網(wǎng)電路最簡(jiǎn)模型為簡(jiǎn)化分析過程,假設(shè)識(shí)妒:,:,根據(jù)圖,有:。.弘.彳:弘:乏?,%一吣一、一。其中,由于機(jī)車的運(yùn)動(dòng)造成.的變化,是牽引網(wǎng)單位長(zhǎng)度等效

44、輸出阻抗,是機(jī)車與左邊變電所距離,兩變電所相距:,乒因此環(huán)流阻抗中的負(fù)載阻抗不能忽略,根據(jù)式?., 可得.及的表達(dá)式分別為:。?半厶半圪一去一燾西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè),一?圪一圪?,根據(jù)上節(jié)計(jì)算結(jié)果,并取機(jī)車為恒阻抗模型【,吖。計(jì)算環(huán)流助隨距離變化趨勢(shì)如圖.,.所示。和在,夏日變化,為一確定值時(shí),以厶的實(shí)部和虛部為、軸,為軸,如圖?所示:的范圍是一個(gè)平行與面的有限平面。當(dāng)在【,間變化時(shí),隨變化規(guī)律如圖所示:從圖可看出,當(dāng)時(shí),圖形出現(xiàn)拐點(diǎn),在這一點(diǎn),左右兩邊阻抗相等,式可化簡(jiǎn)為:半。圖. 時(shí),環(huán)流分布圖環(huán)流隨變化趨勢(shì)通過分析可知,在貫通式同相供電系統(tǒng)多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的環(huán)流不可忽略,必須通過控制將其抑制。.系統(tǒng)的下垂特性分析西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁(yè).控制策略多變電所并聯(lián)運(yùn)行等同于多個(gè)電源模塊的并聯(lián)運(yùn)行,各模塊由于參數(shù)不一致,使得其輸出不同,有的輸出電流大,有的輸出電流小,有的甚至不輸出,這樣會(huì)導(dǎo)致電流分配不均,引起環(huán)流,使得部分模塊開關(guān)應(yīng)力過大,造成設(shè)備損壞,最終使得系統(tǒng)可靠性降低。均流控制就是要將負(fù)載電流合理分配給各變電所,同時(shí)使輸出電壓符合系統(tǒng)