城市轨道交通直流供电整流机组研究

摘要

随着我国经济的发展，城市建设规模不断扩大，许多大中城市轨道交通的规划及其建设正蓬勃开展。直流牵引供电系统是城市轨道交通供电系统的重要组成部分，多脉波整流作为目前直流牵引供电系统的核心技术倍受关注，而三相电压型PWM整流器以其优越的性能，在城市轨道交通直流牵引供电中的应用也成为新近国内外广大学者研究的热点。 本文对当前城市轨道交通直流供电系统广泛采用的12脉波、24脉波直流供电系统进行建模与仿真，分析了12脉波与24脉波各工作模式下的工作特性，给出了其仿真波形；讨论了12脉波、24脉波电压、电流、换相角、功率因数、短路电流等参数计算方法及短路仿真。为得到结构简单，性能与传统24脉波电路能够媲美的拓扑电路，本文提出将一种带辅助电路的24脉波整流电路应用到城市轨道交通牵引供电系统中，仿真结果验证了可行性与有效性。 针对目前城市轨道交通所采用的二极管整流方式存在能量无法双向流动、功率因数不能达到1、谐波污染仍旧较大等缺点，本文将三相PWM整流器用于城市轨道交通直流牵引供电系统整流机组并展开研究，建立了基于SVPWM预测电流控制策略的仿真模型，讨论了基于移相变压器与基于载波移相两种结构的PWM整流机组应用方案，仿真比较得出基于载波移相的PWM整流机组结构相对简单、性能更加优越。 城市轨道交通牵引供电系统包含了交流侧电路、直流侧电路和列车三大部分，是一个时变、交直流混合系统，为更周全考查地铁运行各个动态过程的供电性能，并综合考虑电网供电系统、整流输出直流、城轨列车牵引传动负载，本文建立了基于列车传动系统的24脉波整流供电系统仿真平台，验证24脉波供电系统性能，并考察列车牵引、制动、加载等工况对网侧电流谐波及直流侧电压的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2城轨交通供电系统的现状与发展趋势

1.3整流机组研究现状和发展趋势

1.4本文所做工作

第2章 城市轨道交通牵引供电系统

2.1城轨交通供电系统的组成与设计原则

2.2城市轨道交通牵引供电系统中的谐波危害及其抑制

2.3牵引变电所的整流机组简介

2.4本章小结

第3章 12脉波与24脉波不控整流器计算与仿真

3.1不含桥问平衡电抗器的12脉波整流机组

3.1.1十二脉波整流机组仿真模型建立与仿真

3.1.2十二脉波整流机组几种工作模式分析与仿真

3.2不含桥间平衡电抗器的24脉波整流机组

3.2.1二十四脉波整流机组仿真模型建立

3.2.2二十四脉波整流机组几种工作模式分析与仿真

3.3十二脉波及二十四脉波电路相关参数计算

3.3.1电压、电流、触发角与换相角计算

3.3.2功率因素计算、电压调整率计算

3.3.3短路计算

3.4带辅助电路拓扑的24脉波整流电路

3.4.1辅助电路结构原理

3.4.2建模与仿真

3.5本章小结

第4章 三相PWM整流器用于地铁牵引供电系统整流器的设计与仿真

4.1 PWM整流器在电力机车电气传动中应用的启示

4.2新型城市轨道交通牵引供电系统整流器的设计

4.2.1直流侧与交流侧电压分析

4.2.2输入电抗器、直流侧电容的分析与设计

4.3基于SVPWM控制的整流机组建模

4.3.1基于SVPWM控制策略控制思想

4.3.2基于SVPWM控制策略实现步骤

4.3.3基于SVPWM控制的整流机组的SIMULINK模型建立

4.4基于PWM整流器的牵引供电整流机组模型的建立与仿真

4.4.1基于移相变压器的三相PWM整流机组

4.4.2基于载波移相的三相PWM整流机组

4.5本章小结

第5章 基于列车传动系统24脉波整流供电系统仿真

5.1系统仿真平台的构成及功能分析

5.2仿真模型建立

5.3仿真结果分析

5.3.1供电系统性能分析

5.3.2列车运行状态对电网谐波及电网电压的影响分析

5.4本章小结

总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文