集成滤波电感技术及其在电力机车牵引传动系统中的应用研究

摘要

随着电力机车技术的不断发展，传统直流传动电力机车被交流传动电力机车所取代。现代电力电子器件的开关频率越来越高，电力机车所采用的交流传动系统所产生的高次谐波，给牵引供电系统、电力设备及通信线路带来了严重的危害，诸如车网谐振、破坏电力设备、影响通信线路等。因此，研究交流传动电力机车的高次谐波抑制措施具有重要的工程应用价值。为实现这一目标，本文主要开展如下工作：
　　(1)对交流牵引传动系统各部分的工作原理进行了详细的介绍，并分析了四象限整流器的瞬态直接电流控制策略和牵引逆变器的空间矢量电压控制方法。从数学的角度分析了交流牵引传动系统谐波产生的机理，并在MATLAB中建立交流牵引传动系统的仿真模型，仿真分析了其谐波特性，并探讨谐波输出特性与机车所处工况、输出功率以及网压之间的关系。
　　(2)研究了现有抑制高次谐波的措施，并对比分析各自的优缺点，介绍磁集成技术的原理和分析方法，针对电力机车牵引传动系统，提出了一种集成滤波电感技术的牵引变压器，通过集成滤波电感绕组外接滤波电容实现对高次谐波的抑制；建立了采用集成滤波电感牵引变压器的牵引传动系统（简称：新牵引传动系统）的数学模型，通过对其传递函数幅频特性的分析，提出了实现高次谐波抑制的系统参数的约束条件。
　　(3)基于某一实际牵引变压器结构参数，为了解决集成滤波绕组与高压绕组之间的复合短路阻抗的计算难题，提出一种降阶电感矩阵求解复合短路阻抗的新方法；针对集成滤波绕组布置位置不同，分析了复合短路阻抗和滤波电容的变化范围，在MATLAB中建立新型牵引传动系统的仿真模型，并引入等效干扰电流作为判据，得出复合短路阻抗和滤波电容的最优配合，并验证了该方案的可行性。

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第1章 绪 论

1.1本课题的研究背景与意义

1.2磁集成技术的研究现状

1.3本课题研究的主要内容

第2章 交流电传系统的组成及谐波特性分析

2.1电力机车牵引传动系统概述

2.2交流电力机车谐波产生的机理

2.3交流电传系统仿真建立与谐波分析

2.4高次谐波的危害

2.5 本章小结

第3章 集成滤波电感技术在交流牵引传动系统中的运用

3.1 现有的谐波抑制措施

3.2磁集成技术原理

3.3集成滤波电感技术在交流传动系统中的运用

3.4本章总结

第4章 复合短路阻抗的计算与系统参数的优化配合

4.1复合短路阻抗的计算

4.2基于集成滤波电感技术的牵引传动系统的滤波分析与仿真验证

4.3本章总结

结论及展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的主要学术成果

附录B1 集成滤波绕组在不同位置的牵引变压器电感矩阵

附录B2 谐波加权系数表