逆变回馈装置在城市轨道牵引供电系统中的建模与仿真

摘要

城市轨道逆变回馈装置的系统仿真成为牵引供电系统设计亟需解决的新问题。含逆变回馈的牵引供电系统建模与仿真，是完成相关牵引供电计算、逆变回馈装置的位置、容量优化和能量反馈效果评估等研究工作的基础。本文主要对含有逆变回馈装置的城市轨道牵引供电系统交直流一体化计算进行研究，从系统建模与仿真层面为供电系统设计提供技术支持。
　　本文首先介绍了城轨供电系统直流网络、交流电网各组成部分的建模方式，包括交流网络潮流计算等值网络，直流供电系统的牵引变电所、列车和牵引网络模型。分析交流网络计算和直流网络计算的求解原理和算法实现过程。
　　在逆变回馈装置的建模部分，本文研究了可实现逆变回馈功能的两种牵引变电所换流器方案，即采用SCR晶闸管元件的三相有源逆变器电路和采用全控型开关器件的VSC电压源换流器电路，整理了各自的换流器回路模型、稳态功率模型，以及各自方案的运行控制方式。
　　本文使用matlab作为编程工具，采用交替迭代方式实现了交直流一体化供电计算算法。针对安装有逆变回馈装置的牵引变电所，本文给出了基于电流流向判据的状态转换方法，实现了牵引变电所整流、关断、逆变的三种工作状态的闭环转换;并确定以VSC换流电路为主体的逆变回馈装置，在容量范围内选用恒直流电压、恒交流电压的运行控制策略组合。通过交直流一体化供电计算求解整个供电系统的潮流分布，分析再生制动能量经变电所逆变回馈至交流网络后再分配和利用的情况。
　　最后在算法中实现了含有逆变回馈装置的交直流全网络动态仿真功能，并依据上海地铁4号线车辆能耗测试统计结果，在实测列车负荷数据和上海地铁4号线实际供电系统结构和参数基础上进行动态仿真。通过仿真评估了逆变回馈装置在不同启动电压和不同运行发车密度下，各变电所再生制动能量回馈利用的效果，分析了逆变回馈型再生制动能量利用方案的节能效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 逆变回馈技术的发展应用

1．2．2 含逆变功能的换流器建模

1．2．3 交直流一体化供电计算算法

1．3 本论文的主要工作及章节安排

第2章 城市轨道供电系统建模

2．1 牵引变电所模型

2．1．1 变电所的等效电源模型

2．1．2 24脉波整流机组功率模型

2．2 直流供电系统模型

2．2．1 牵引网模型

2．2．2 列车模型

2．2．3 直流网络方程求解

2．2．4 直流供电系统计算

2．3 交流供电系统模型

2．3．1 输电线路和变压器等值电路

2．3．2 交流供电系统网络求解

2．4 本章小结

第3章 含逆变回馈装置的牵引变电所功率特性分析

3．1 SCR换流器的R-L功率模型

3．1．1 R-L回路和功率模型

3．1．2 SCR换流器控制策略

3．2 VSC换流器功率模型

3．2．1 稳态特性分析

3．2．2 稳态控制方式

3．2．3 功率修正方程

3．3 本章小结

第4章 含逆变回馈装置的交-直流一体化供电计算

4．1 交替迭代方式的交直流一体化供电计算

4．1．1 交替迭代算法的实现

4．1．2 交直流系统计算示例

4．2 牵引变电所工作状态转换的实现

4．2．1 关断状态转换的实现

4．2．2 逆变状态转换的实现

4．3 逆变回馈装置的控制策略

4．4 本章小结

第5章 含逆变回馈装置的供电系统动态仿真

5．1 上海地铁4号线再生制动能量测试

5．1．1 测试系统概述

5．1．2 测试原理及设备安装

5．1．3 内圈逆时针能耗测试

5．1．4 内圈顺时针能耗测试

5．2 上海地铁4号线实时再生制动逆变回馈供电仿真

5．2．1 上海地铁4号线供电系统建模

5．2．2 列车动态分布

5．2．3 实时动态仿真

5．3 再生制动能量回馈效果评估

5．4 本章小结

结果与展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

参考文献