地铁再生制动能量吸收系统研究

摘要

地铁再生制动时，列车牵引电机作为发电机向直流牵引网回馈电能，将导致直流牵引网电压抬升甚至超出牵引网允许电压范围，危及网内直流电气设备安全。现有常用三种地铁再生制动能量吸收方式中，逆变回馈吸收方式不仅能够实现能量的二次利用，而且装置的国产化程度高、成本低，因此，本文对地铁再生制动能量逆变回馈吸收系统展开研究。
　　论文首先介绍了集中供电和分散供电两种地铁外部电源供电方式的结构及供电特点，并结合低压和中压两种逆变回馈并网方案的特点，分析了地铁外部电源采用不同供电方式时，逆变回馈系统适宜采用的逆变吸收方案，并通过计算简单阐述了逆变吸收系统的容量设计。
　　其次，研究了列车再生制动判定方法，指出了现有利用直流电压判定列车再生制动的方法，在网压正常波动以及取流列车突然因故障退出时，存在误判的可能。针对该问题，在现有判定方法的基础上，利用列车再生制动时直流电流特殊的变化特征，对现有判定方法进行了改进。
　　再次，论文通过对比分析的方法，阐述了LCL型滤波器的滤波原理，指出了滤波器谐振尖峰对入网电能质量的影响，并针对性地介绍了无源阻尼和有源阻尼两种抑制谐振尖峰的方法以及各自的优缺点。在此基础上，给出了带LCL型滤波器的两电平并网逆变器的数学模型，阐述了直流电压外环网侧电流内环控制策略的原理，并以两台并网逆变器并联运行为例，分析了逆变器之间环流产生的原因，对此介绍了主从控制和下垂控制两种消除环流、均分功率的方法。
　　最后，论文利用RTDS实时数字仿真系统，建立了集中供电方式的地铁牵引供电系统、地铁列车和LCL型中压并网逆变器的仿真模型，其中详细介绍了二极管钳位式三电平逆变器SVPWM控制方式，在60°坐标轴下的仿真建模过程。在验证了模型正确性的基础上，通过单列车再生制动仿真，验证了列车再生制动判定改进方法的正确性，同时利用建立的模型及改进列车再生制动判定方法，对单列车再生制动过程以及两辆列车同时运行的工况，进行了联合仿真。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 再生制动能量吸收系统的研究现状

1．2．1 再生制动能量吸收方式

1．2．2 列车再生制动判定方法

1．3 本文的主要工作

第2章 逆变回馈吸收系统方案研究

2．1 地铁外部电源供电方式

2．1．1 集中供电方式及其供电特点

2．1．2 分散供电方式及其供电特点

2．2 逆变回馈吸收方案研究

2．2．1 地铁再生制动能量逆变回馈系统吸收方案

2．2．2 集中供电方式下逆变回馈吸收方案研究

2．2．3 分散供电方式下逆变回馈吸收方案研究

2．3 本章小结

第3章 基于RTDS的地铁牵引供电系统及负荷建模

3．1 RTDS仿真系统

3．1．1 RTDS仿真系统的结构

3．1．2 RTDS仿真系统的特点

3．2 地铁牵引供电系统建模

3．2．1 外部电源及主变所建模

3．2．2 24脉波整流电路建模

3．2．3 直流牵引网建模

3．3 地铁列车建模

3．3．1 常用坐标变换

3．3．2 三电平逆变器建模

3．3．3 三相异步电机调速建模

3．5 本章小结

第4章 列车再生制动判定方法研究

4．1 现有列车再生制动判定方法分析

4．1．1 列车运行工况分析

4．1．2 现有判定方法及存在的问题

4．2 现有判定方法的改进及仿真验证

4．2．1 再生制动过程分析及判定方法的改进

4．2．2 列车再生制动判定改进方法的验证

4．3 本章小结

第5章 逆变回馈吸收系统RTDS建模及仿真

5．1 电力滤波器

5．1．1 常见无源滤波器性能比较

5．1．2 LCL型滤波器谐振尖峰抑制方法

5．1．3 LCL型滤波器参数计算

5．2 三相并网逆变器

5．2．1 并网逆变器数学模型

5．2．2 并网逆变器控制策略

5．2．3 并网逆变器模块化设计

5．3 带LCL型滤波器的并网逆变器的建模

5．4 地铁再生制动逆变回馈吸收系统仿真

5．4．1 单列车再生制动的联合仿真

5．4．2 两列车同时运行的联合仿真

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