两相三电平PWM整流器控制与调制研究

摘要

现行的分相牵引供电系统中三相电网的谐波、无功和不平衡等电能质量问题日益严重。过分相的无电区间制约了车辆持续高速运行，甚至造成重载车辆坡停等严重问题。贯通式同相供电系统能够利用现有牵引变压器实现牵引网的全线贯通，彻底解决电能质量和过分相问题。针对基于两相-单相变换器的贯通供电，本文开展以下研究：　　首先，论文在YNvd牵引变压器数学模型的基础上研究了两相-单相变换器的三电平二极管箝位电路拓扑结构、工作原理和数学模型。针对该变换器提出了两相DQ解耦控制策略。通过两相解耦变换与解耦反变换，该策略能够分别控制系统的有功功率和无功功率，消除系统静差，控制两相平衡以保证YNvd原边三相电流平衡且单位功率因数运行。　　其次，论文提出了一种针对两相级联变换器的两相SVPWM均压算法。在两相坐标系和两相矢量空间中完成参考矢量分解与合成，通过选择均压矢量最强的矢量对直流侧电容进行均压，解决了级联变换器每个单元直流侧电容电压不均衡的问题。同时，合理优化开关路径，每一个时刻仅有一个桥臂的开关发生动作，保证端口电压不跳变。　　另外，论文分析了两相变换器的谐波特性，并通过Matlab/Simulink仿真平台验证了谐波特性分析、两相DQ解耦控制和两相SVPWM调制理论的正确性。仿真结果表明，输入电压相角相差90°的两相变换器直流纹波相互抵消，采用两相DQ解耦控制和两相SVPWM调制方法的两相变换器动静态性能良好。同时，基于两相-单相变换器的贯通式同相供电系统具有四象限运行的能力，能够双向传递有功功率，补偿无功功率。　　最后，论文通过实验对比了分相供电、基于改进前和改进后的两相-单相变换器的贯通牵引供电等三种系统动静态性能。分相牵引供电系统三相电网电流严重不平衡，电流畸变严重；改进前的两相-单相变换器存在空载电流和三相电网无功电流严重的问题；改进后的两相单相变换器三相电网电流平衡，谐波性能好，动态响应迅速。

目录

声明

第1章绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 控制算法研究现状

1.2.2 调制算法研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章两相变换器的DQ 解耦控制系统

2.1 基于两相-单相电力电子变压器的贯通式同相供电系统

2.2 常见牵引变压器的模型及特性

2.3 基于贯通式同相供电系统的两相-单相整流器拓扑结构

2.4 单相三电平H桥变换器

2.4.1 单相三电平H桥变换器工作原理

2.4.2 单相三电平H桥变换器数学模型

2.5 两相三电平H桥变换器的控制策略

2.6 两相DQ解耦的仿真验证

2.7 本章小结

第3章两相SVPWM 调制算法

3.1 两相SVPWM调制算法

3.1.1 两相SVPWM空间矢量图

3.1.2 矢量的选择规则

3.1.3 矢量作用时间计算

3.2 直流侧电容均压

3.3 两相SVPWM调制的仿真验证

3.4 本章小结

第4章两相变换器的直流纹波特性分析与系统仿真

4.1 两相变换器的谐波特性分析

4.1.1 单相变换器的谐波特性

4.1.2 两相变换器的谐波特性

4.2 两相变换器仿真验证

4.3 基于两相-单相变换器的贯通式同相供电系统仿真

4.4 本章小结

第5章 实验验证

5.1 实验系统方案设计

5.2 YNvd 牵引变压器实验结果及分析

5.3 分相牵引供电实验结果及分析

5.4 改进前的贯通式同相供电实验结果及分析

5.5 改进后的贯通式同相供电实验结果及分析

5.5.1 两相变换器实验结果及分析

5.5.2 对比分析

5.6 本章小结

结论和展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果