无LC谐振支路动车组网侧变流器研究

摘要

伴随着国内城市化进程的快速发展，城际交通的需求日渐增长，而动车组以其灵活的编组方式、优良的调速性能成为城际交通的首选。动车组列车网侧变流器直流侧加装LC滤波回路会导致系统重量增加、损耗增大、并降低系统功率密度。本文依托于“十二五”国家科技支撑计划重点项目“混合动力动车组关键技术研究与典型样车研制”和联合基金项目“高速铁路电力牵引系统的安全性预测与控制”(U1134204)，对无LC谐振支路动车组网侧变流系统展开研究，提出了无LC谐振支路网侧变流器的控制方法，并通过仿真和实验验证了该方法的可行性和有效性。
　　对动车组网侧变流器系统方案进行研究，介绍了采用单相两电平电压型PWM整流器的网侧变流器模型拓扑，建立了基于旋转坐标系的数学模型;对网侧变流器采用的控制方法进行研究，并给出控制框图。为引出无LC谐振支路网侧变流器直流侧硬件设计方法，先介绍了有LC谐振支路网侧变流器直流侧硬件设计，包括直流支撑电容和谐振支路的设计，通过设计参数计算了LC谐振支路的损耗，最后通过仿真验证了损耗计算的正确性。
　　通过分析网侧变流器直流侧二次脉动产生机理，研究了无LC谐振支路对网侧电流的影响。引出了基于直流电压动态补偿和陷波滤波器两种无LC谐振支路网侧变流器控制方法，并分别详细给出了具体实现手段，针对陷波滤波器法，给出了在数字系统中离散化的方法。最后借助Matlab/Simulink对以上提到的两种控制方法进行了仿真验证，并对比得到了两种方法的优缺点。
　　针对无LC谐振支路的网侧变流器直流侧二次脉动抑制方法的研究，介绍了一种无LC谐振支路的网侧变流器直流中间支撑电容的设计方法，以现有两种无LC谐振支路的CRH动车组中间直流支撑电容的实际参数验证了该方法的正确性。其次分析了多重化载波移相对网侧变流器直流侧电流的影响，综合给出了直流支撑电容设计的参数范围。最后总结了抑制直流电压脉动和网侧变流器控制两种方法对解决无LC谐振支路对网侧变流器影响的优缺点。
　　搭建网侧变流器地面实验平台，对前文提出的无LC谐振支路网侧变流器控制方法进行实验验证。实验结果与前文得到的仿真结果理论分析一致，验证了本文提出的控制方法的有效性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文研究背景和选题意义

1．2 无LC谐振支路网侧变流器国内外研究现状

1．2．1 抑制直流侧二次脉动电压方法

1．2．2 无LC谐振支路网侧变流器控制方法

1．3 本论文的主要研究内容

2 网侧变流器系统方案研究

2．1 网侧变流器的模型和控制系统

2．1．1 基本工作原理

2．1．2 基于旋转坐标系的数学模型

2．1．3 网侧变流器的控制系统

2．2 有LC谐振支路网侧变流器直流侧硬件设计

2．2．1 直流侧支撑电容设计

2．2．2 LC谐振支路设计

2．3 LC谐振支路损耗计算

2．4 本章小结

3 无LC谐振支路网侧变流器控制方法研究

3．1 无LC谐振支路对网侧变流器的影晌

3．1．1 网侧变流器直流侧二次脉动产生机理

3．1．2 无LC谐振支路对网侧影响分析

3．2 无LC谐振支路网侧变流器控制系统方法

3．2．1 直流侧电压动态补偿

3．2．2 陷波滤波器

3．3 无LC谐振支路网侧变流器控制方法离散化研究

3．4 仿真结果与分析

3．4．1 直流电压波形分析

3．4．2 网侧电压和网侧电流波形分析

3．4．3 网侧电流谐波分析

3．5 本章小结

4 无LC谐振支路网侧变流器直流侧二次脉动抑制方法

4．1 无LC谐振支路网侧变流器中间直流支撑电容设计

4．2 无LC谐振支路CRH动车组网侧变流器中间直流支撑电容设计

4．2．1 CRH2型动车组网侧变流器中间直流支撑电容设计

4．2．2 CRH5型动车组网侧变流器中间直流支撑电容设计

4．3 无LC谐振支路网侧变流器支撑电容网侧补偿

4．3．1 载波移相原理

4．3．2 载波移相对直流侧电压脉动的影响

4．4 仿真结果和分析

4．5 本章小结

5 无LC谐振支路网侧变流器控制方法实验

5．1 实验平台的介绍和搭建

5．2 实验结果和分析

5．2．1 直流侧电压和网侧电流波形分析

5．2．2 网侧电流谐波分析

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文结论

6．2 未来研究工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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