牵引供电网络谐波抑制关键技术的研究

摘要

电力牵引供电系统具有速度快、运输能力强、供电距离长、节约能源与造价、牵引性能好等优点，具有广阔的发展前景，是世界及我国铁路的发展方向。电力牵引供电系统由一次供电系统、牵引供电系统、电力机车和电动车组等部分组成。由于电力机车为非线性整流负荷，其产生的谐波经牵引网传输至供电臂首端叠加后注入牵引变压器馈入电力电网，严重污染电网质量。因此，对电力牵引供电系统的谐波进行抑制，具有十分重要的意义。电力牵引供电系统的谐波抑制方法主要有采用无源滤波器、有源电力滤波器以及混合有源电力滤波器进行滤波以改善电力牵引供电系统的电能质量。由于无源滤波器体积大且容易与系统发生谐振，而有源电力滤波器则受电网阻抗影响小、能够动态跟踪、抑制系统谐波，得到越来越广泛的应用。但是，由于谐波的特性、滤波器的结构、控制系统的设计等因素都对有源滤波器的滤波性能产生很大的影响，有必要对牵引供电系统谐波抑制中的关键技术问题进行研究。对电力牵引供电系统畸变电流的实时检测是有源电力滤波器解决电网无功和谐波问题的前提，因此对补偿电流检测方法的研究具有重大的意义。如何准确、实时地从畸变的电流电压中分离出基波、谐波分量，是有源电力滤波器对电网畸变电流进行精确补偿的关键。基于小波变换的谐波特性分析可以将高次谐波与基波分离，使我们对谐波的特性有更清晰的认识。而基于自适应干扰对消原理的自适应谐波检测方法能够克服其它谐波检测方法中存在的问题，是一种性能较好，检测精度较高的检测方法。本文通过理论分析和仿真试验对自适应谐波检测方法的性能及检测效果进行了研究。控制系统性能的优劣很大程度上决定了有源电力滤波器的补偿性能，因此设计良好的控制模块，选用合适的控制策略是提高滤波器性能的关键。为了提高牵引供电系统谐波抑制的效果，本文结合电力牵引供电系统的谐波特点，对混合型滤波器采用滞环比较跟踪控制方法对牵引供电系统的谐波电流抑制进行了研究。由于采用滞环比较的控制方式跟踪电流变化的方法，使得有源滤波器的输出电流带有大量的毛刺，这直接影响到系统滤波的性能。为减少滞环控制产生的毛刺，提高牵引供电系统谐波抑制的效果，本文在传统的有源滤波器的基础上增加了小波降噪环节，设计出新型的混合型有源电力滤波器。该滤波器利用小波降噪对输出信号进行降噪处理，从而提高了系统的滤波性能。关键词：电力牵引供电系统，谐波，自适应谐波检测，滞环控制，小波降噪

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1目的和意义

1.2谐波标准及抑制措施

1.2.1谐波标准

1.2.2谐波抑制的措施

1.3谐波的研究现状及发展趋势

1.4小波分析及其在电力系统谐波分析中的应用

1.4.1小波分析

1.4.2小波分析在电力系统中的应用

1.5本文的主要工作

1.6本文内容概述

第2章电力机车谐波分析及牵引供电系统谐波模型

2.1电力机车谐波分析

2.1.1电力机车的主电路模型

2.1.2电力机车谐波的特征

2.2牵引供电系统谐波模型

2.2.1 Y，d11接线的牵引变压器模型

2.2.2 V，V接线的牵引变压器模型

2.2.3斯考特(Scott)接线的牵引变压器模型

2.3本章小结

第3章谐波的快速检测方法

3.1基于快速傅立叶变换的数字分析法

3.1.1离散傅立叶变换

3.1.2快速傅立叶变换

3.1.3基于快速傅立叶变换的谐波检测法

3.2基于瞬时无功功率的谐波检测法

3.2.1瞬时无功功率理论

3.2.2基于瞬时无功功率的谐波检测法

3.3基于小波变换的检测方法

3.4基于神经网络的自适应谐波检测法

3.4.1自适应噪声对消的原理

3.4.2基于神经网络的自适应谐波电流检测法

3.4.3有源电力滤波器的自适应谐波电流检测方法

3.4.4自适应谐波电流检测电路

3.5本章小结

第4章基于小波变换的牵引供电系统谐波分析

4.1连续小波变换

4.2离散小波变换

4.3多分辨率分析与Mallat算法

4.3.1多分辨率分析

4.3.2 Mallat算法

4.4小波包变换

4.5基于小波变换的牵引供电系统谐波仿真及分析

4.6基于小波包变换的牵引供电系统谐波仿真及分析

4.7本章小结

第5章有源电力滤波器

5.1有源电力滤波器的基本原理

5.2有源电力滤波器的主电路拓扑结构

5.2.1 电流型有源电力滤波器主电路

5.2.2电压型有源电力滤波器主电路

5.3有源电力滤波器的系统构成

5.3.1串联型有源电力滤波器

5.3.2并联型有源电力滤波器

5.3.3串-并联型有源电力滤波器

5.3.4串联型有源电力滤波器与并联型有源电力滤波器的比较

5.4混合型有源电力滤波器

5.4.1混合型有源电力滤波器的系统构成

5.4.2串联混合型有源电力滤波器

5.4.3并联混合型有源滤波器

5.5本章小结

第6章新型混合型有源电力滤波器

6.1系统构成

6.2新型混合型有源电力滤波器的参数选择

6.3数学模型

6.4控制系统

6.4.1指令运算电路

6.4.2电流跟踪控制电路

6.5小波降噪在新型混合型有源滤波器中的应用

6.5.1信号的小波降噪原理

6.5.2噪声在小波分解下的特性

6.5.3小波降噪的步骤和方法

6.6本章小结

第7章牵引供电系统谐波抑制关键技术的研究

7.1新型混合型有源电力滤波器的系统仿真

7.2电力牵引谐波源模块

7.3谐波电流检测的仿真及分析

7.4采用滞环比较的电流跟踪仿真及分析

7.4.1采用滞环比较的电流跟踪仿真

7.4.2滞环宽度对补偿电流跟随性能的影响

7.5小波降噪的仿真及分析

7.6补偿结果及分析

7.6.1未投新型混合型有源滤波器时的补偿结果及分析

7.6.2投入新型混合型有源滤波器时的补偿结果及分析

7.7本章小结

第8章结论与展望

8.1结论

8.2展望

致谢

参考文献

个人简历　在读期间发表的学术论文与研究成果