基于MMC的同相补偿装置主电路拓扑及其控制策略研究

摘要

既有牵引供电系统存在负序、无功和谐波等电能质量问题以及过电分相问题，同相供电技术的提出从根本上解决了这上述问题。目前单三相组合式同相供电系统的提出可以在满足电能质量国标限值的前提下，有效降低同相补偿装置容量，具有良好的应用前景。通过将MMC技术应用于单三相组合式同相供电系统中，充分发挥该技术在高压大容量变流器中的综合优势，从同相补偿装置主电路拓扑和控制策略入手，研究基于MMC的单三相组合式同相供电系统设计方案。本文主要完成了以下几个方面的工作:
　　1.建立了单三相组合式同相供电系统数学模型，研究了以负序为主的电能质量综合补偿原理和电流检测算法。以电能质量国标限值为约束，给出了单三相组合式同相供电系统最优补偿策略，搭建了仿真模型并验证了其正确性。
　　2.构建了基于MMC的单三相组合式同相供电系统，给出了其等效模型和参数设计方法。对比了不同拓扑结构在直流侧电压大小、桥臂功率分布、控制策略等方面的差异，确定了基于四桥臂MMC结构的同相补偿装置主电路拓扑。
　　3.研究了适用于MMC的调制策略和子模块均压控制方案，采用了一种改进型载波移相调制策略。将电能质量最优补偿算法与改进型载波移相的调制策略相结合，建立了上层变流器补偿电流计算和下层变流器控制输出的分层控制模型。既实现了对电能质量的补偿，又满足了桥臂电压平衡要求。
　　4.基于MATLAB/Simulink仿真平台，模拟牵引负荷各种工况，包括牵引和再生工况等，仿真验证了基于MMC的单三相组合式同相供电系统所采用拓扑结构和控制策略的正确性，为工程设计与应用提供了重要的依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 单三相组合式同相供电系统

2．1 单三相组合式同相供电系统结构及补偿原理

2．1．1 单三相组合式同相供电系统结构

2．1．2 单三相组合式同相供电系统补偿原理

2．2 单三相组合式同相供电系统检测算法

2．2．1 需要锁相环信号的检测算法

2．2．2 无锁相环的检测算法

2．3 单三相同相供电系统电流控制算法

2．3．1 间接电流控制

2．3．2 直接电流控制

2．4 单三相同相供电系统最优补偿算法

2．5 单三相组合式同相供电最优补偿策略仿真

2．6 单三相组合式同相供电最优补偿方式下的变流器容量

2．7 本章小结

第3章 基于MMC的同相补偿装置主电路研究

3．1 单相MMC工作原理分析

3．1．1 单相MMC等效模型分析

3．1．2 单相MMC环流分析

3．2 主电路参数选取

3．2．1 子模块悬浮电容参数的选取

3．2．2 桥臂电感参数的选取

3．3 基于MMC的同相补偿装置拓扑结构研究

3．3．1 两桥臂拓扑结构

3．3．2 三桥臂拓扑结构

3．3．3 四桥臂拓扑结构

3．3．4 拓扑结构比选

3．4 本章小结

第4章 基于MMC的同相补偿装置控制策略研究

4．1 MMC的调制策略

4．1．1 阶梯波调制方式

4．1．2 脉宽调制(PWM)方式

4．2 子模块电容电压控制方案

4．2．1 子模块电容预充电

4．2．2 子模块电容电压均压控制方案

4．3 改进型载波移相调制策略

4．4 基于四桥臂MMC的同相补偿装置控制策略

4．5 本章小结

第5章 MATLAB／simulink仿真验证

5．1 基于四桥臂MMC的同相补偿装置参数设计

5．1．1 公共母线电压及子模块电压设计

5．1．2 系统主电路参数设计

5．2 牵引工况下的交直型机车模拟实验

5．3 牵引工况下的交直交型机车模拟实验

5．4 再生制动模拟实验

5．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果