基于FPGA的综合潮流控制器的设计与实现

分析了同相牵引供电系统的结构与原理,并提出了综合潮流控制器的一种设计与实现方案.该方案通过采用改进的瞬时无功功率检测方法,计算出补偿电流并通过控制背靠背的SVG系统实现同相牵引供电和电能质量综合治理.详细介绍了以FPGA为核心的综合潮流控制器的设计和实现方法,该控制器由先进的FPGA、A/D转换和IGBT等电路构成,通过对多路电压、电流实时输入信号进行采集和处理,由FPGA快速计算生成指令电流,最后再通过滞环调制方式控制背靠背的SVG系统从而实现同相牵引供电.仿真和实验验证了方案的正确性和有效性.     

基于YNvd平衡变压器和模拟负载的同相供电试验系统

为了更深入开展同相供电系统的研究,提出了一种由新型YNvd平衡牵引变压器、模拟负载以及综合潮流控制器(IPFC)构成的同相供电试验系统方案。分别介绍了YNvd平衡变压器、IPFC和模拟负载的结构和工作原理,通过对IPFC与模拟负载制定相应的控制策略,以实现对同相供电系统的仿真模拟。研究结果表明,该试验系统能够模拟牵引负荷特性,实现能量循环利用,模拟同相供电系统,消除了系统负序电流,实现了谐波和无功的动态补偿,验证了同相供电系统的可行性。     

同相牵引供电系统的补偿原理及再生制动特性

由平衡变压器和综合潮流控制器(integrated power flow controller,IPFC)组合构成的同相牵引供电系统可解决负序电流、谐波电流、无功电流的补偿及电分相方面存在的问题,分析了该供电系统的补偿原理,比较了牵引和再生制动状态同相牵引供电系统对电力系统供电质量的影响,指出制动状态下IPFC可在不改变控制策略的情况下将能量平衡地回馈到三相电网,节约电能。仿真结果验证了同相牵引供电方案的正确性。     

新型同相供电系统潮流控制器直流侧电压研究

新型同相供电系统潮流控制器是一种单相交直交变换装置,该装置结合三相两相平衡变压器能够实现电气化铁道的同相牵引供电。分析了潮流控制器中间直流侧电压波动的原因,在控制器的控制原理基础上分析了直流侧电压波动对装置输入输出电流波形的影响,并从抑制直流侧电压波动和改善输入输出电流质量方面提出了解决方案。进行了相关仿真验证,证明研究结论以及解决措施的有效性。     

基于V,v接线变压器的新型同相牵引供电系统

电气化铁道牵引供电系统存在的分相绝缘器,制约了高速重载铁路的发展。将V,v接线变压器与综合潮流控制器(IPFC)相结合,构造出的新型同相牵引供电系统。通过检测得到综合补偿电流并以此为参考,采用基于不定频滞环优化SVPWM电流控制方法,控制综合潮流控制器基本消除三相不平衡,并滤除谐波和无功。以一列满载运行的机车为对象,进行仿真研究,仿真结果验证了系统结构,检测方法以及控制方法是正确的,同相供电系统方案是可行的。     

基于新型YNvd平衡变压器的电气化铁道同相供电系统

针对电气化铁路牵引供电系统中存在的无功、负序、谐波及过分相问题,提出了一种由新型YNvd平衡变压器、综合潮流控制器(IPFC)组成的同相供电系统。与采用传统的YNvd平衡变压器进行同相供电的装置相比,其通过合理配置新型YNvd平衡变压器绕组的电压等级,节省了1台单相耦合降压变压器,从而降低了整套装置的成本和占地空间。对新型YNvd同相牵引供电系统的补偿原理进行了详细的分析,为实现补偿电流的无偏差跟踪,提出了一种基于广义积分迭代控制算法的电流控制器设计方法。仿真结果证明了所提方法和控制策略的可行性和有效性。     

AT供电系统同相供电PR控制器设计

提出AT供电系统的基于PR控制器的同相供电设计方案。该方案采用Scott变压器以降低变压器和背靠背H型变流器的容量,选择了自适应EPLL以提高锁相环的响应速度,基于PR控制器设计了H型变流器的控制系统。充分考虑了由开关频率引起的H型变流器的时间延迟,并基于Naslin多项式设计了PR控制器参数。仿真结果证明,所提方案能达到无功和负序补偿要求,抗负荷扰动的能力较强,谐波补偿能力非常小,适合于运行交-直-交动车组的牵引供电系统。     

同相贯通牵引供电系统综合潮流控制器设计

针对电气化铁道牵引供电系统存在大量的负序、谐波、无功等问题,提出了一种适用于牵引负载的同相贯通牵引供电系统交直交综合潮流控制器.交直交综合潮流控制器由两电平四重化PWM整流器和4个2H桥级联多电平逆变器组成.潮流控制器能够实现单位功率因数、低谐波含量三相整流,及时传递牵引负载需要的有功功率,使得牵引供电系统呈现出三相对称纯阻性负载特性.Matlab/Simulink下仿真结果,验证了该方案的正确性.     

高速和重载电气化铁路V型接线牵引变压器负序补偿研究

为解决V形接线形式牵引变电所引起的负序问题,首先分析了V型接线形式负序产生机理。在此基础上提出基于潮流控制器(PFC)的补偿方法,该方法采用2个单相背靠背连接的变流器在变压器次边2个端口进行功率交换和补偿,容易实现异相供电补偿模式和同相供电补偿模式,同时分析了基于PFC装置的负序补偿原理及电流检测方法,其中电流检测方法采用瞬时无功功率理论。最后对补偿方案进行了仿真验证,仿真结果表明所提方法能取得良好的补偿效果。     

典型牵引变电所负序与谐波的综合补偿

由于电气化铁道牵引供电系统结构和牵引负荷的特殊性,在负序、谐波、无功方面对电力系统可以造成很严重的影响。将一般形式的牵引变压器与综合潮流控制器（IPFC）相结合,通过检测得到综合补偿电流并以此为参考,采用基于不定频滞环SVPWM电流控制方法,控制综合潮流控制器基本消除三相不平衡,并滤除谐波和无功。以一列运行的机车为对象,进行仿真研究,结果验证了上述模型可以实现设计目标。     

24 kV柔性直流牵引供电系统潮流计算方法与供电特性分析

潮流分析对于研究24 kV柔性直流牵引供电系统的供电特性具有重要意义，但多层级控制导致柔性直流牵引网的潮流分布更为灵活复杂，使得原有直流牵引供电系统的潮流算法不再完全适用。为此，该文在原有直流牵引供电系统潮流计算方法的基础上，建立24 kV柔性直流牵引供电系统的“控制器-源-网-车”一体化潮流计算模型，详细分析潮流计算与控制器迭代的交互过程，提出一种连续线性潮流法和比例积分控制器（SLPFM-PI）交替迭代的潮流计算方法，以求解考虑多层级控制策略下的牵引网潮流。此外，基于潮流计算，以机车运行电压、接触网载流量为限制条件，分析24 kV柔性直流牵引变电所的供电距离，并研究了不同控制方案下系统供电特性的差异，结果表明该系统控制方案的设计中应减小机车功率的远距离、跨区间传输。     

基于背靠背SVG的电气化铁路电能质量综合治理

针对电气化铁路引起的负序、谐波和无功问题,采用将SVG背靠背联接与固定补偿(FC)相结合来实现负荷平衡以及补偿无功和谐渡的方案.该方案将2台SVG背靠背联接使用,通过实时计算两供电臂的负荷差.将差值的一半有功功率通过共用的直流电容,从重臂分配到轻臂从而实现负荷平衡,并同时补偿牵引负荷引起的谐波和无功问题,达到电能质量的综合治理.该方案经过变电所实际运行,并对多种补偿方式下的电能质量进行多次测试,结果显示该方案能够达到较好的治理效果.     

直挂式级联SVG的控制系统设计与模型仿真

在分析静止无功发生器(SVG)装置工作原理的基础上,采用同步旋转d,q坐标系的数学变换矩阵和低通滤波器(LPF)实现了无功、谐波电流的检测,基于无功电流与谐波电流单独控制的思想给出了直挂式SVG装置无功和谐波补偿的控制系统设计方案,并采用载波移相正弦脉宽调制(SPWM)方式产生模块单元的控制脉冲。给出了直挂式SVG装置控制系统的硬件平台设计,详细介绍了核心控制器DSP和FPGA的设计与实现。最后,在Simulink中搭建了仿真模型并通过实际的低压SVG装置测试平台对整个控制系统设计方案进行验证,结果表明:该控制方案能实现对无功、谐波的综合补偿,补偿效果好,且具有良好的动态性能。     

新型同相牵引供电系统方案

针对电气化铁道牵引供电系统存在大量的负序、谐波、无功,以及相邻供电区段分相绝缘器引起的列车速度和牵引力损失等问题,将YN,vd平衡变压器和综合潮流控制器(IPFC)有机结合,构成新型同相牵引供电系统。该系统基本消除了三相不平衡,并使谐波含量尽可能好,从根本上解决了铁道部门与电力部门的主要矛盾。取消电分相环节,顺应了客运高速化、货运重载化的时代趋势。讨论了同相供电系统的结构、平衡变压器的性能,并分析了IPFC的结构、平衡变换原理以及控制策略。仿真结果验证了该方案的可行性。     

一种改善同相牵引供电系统直流侧电压及补偿容量的方案

针对电气化铁道同相牵引供电系统直流侧电压过高、补偿容量过大的问题,讨论了综合潮流控制器(IPFC)的改进方案。就牵引供电Vv接线、Scott接线和YN,d11接线3种形式,提出同相供电统一改进方案,即根据牵引和再生制动不同工况分别调整IPFC交流侧电抗属性及大小。对直流侧电压和核准容量的分析表明,改进方案可有效降低直流侧电压并减小设备补偿容量。改进后3种接线形式的核准容量都为负载的有功功率,且以Vv接线直流侧电压为最低,YN,d11接线为最高;而Scott接线可简化β侧的电抗设计。通过对Vv接线的仿真分析验证了所提方法的有效性与正确性。     

同相供电设备有功功率差动保护

由于隔离变压器的副边额定电流很大,且难以选择电流互感器,因此隔离变压器很难设置灵敏的电流差动保护。为了给隔离变压器、隔离变压器与潮流控制器之间的连接电缆提供灵敏的保护,并给潮流控制器提供灵敏的远后备保护,文中从理论上分析了同相供电设备的基波输入有功功率与输出有功功率相等这一特性,并基于这一特性提出了同相供电设备有功功率差动保护方案,进而对有功功率差动保护在隔离变压器空载投入、潮流控制器启动、正常运行、外部故障、内部故障等各种工况下的动作行为进行了分析。文中还对同相供电设备有功功率差动保护的整定原则作了讨论,并给出了整定实例。实验室测试和工程现场运行测试结果表明了有功功率差动保护的正确性。     

基于V型接线的同相牵引供电系统

针对电气化铁道牵引供电系统存在大量的负序、谐波、无功,以及相邻供电区段分相绝缘器引起的列车速度和牵引力损失等问题,基于既有V型接线牵引供电系统,提出了一套同相供电系统的改造方案。在分析综合补偿原理的基础上,提出基于无锁相环的电流检测方法,建立综合潮流控制器容量模型及电能质量模型,并采用双向互补瞬时比较PWM控制策略。多重化主电路结构及满意优化补偿控制策略的提出,改善了系统的技术经济性。理论推导和仿真结果验证了方案的正确性与可行性。     

基于MMC的同相供电潮流控制器控制策略研究

模块化多电平换流器(MMC)与平衡变压器相结合的潮流控制器(PFC),可节省传统牵引供电系统中的匹配变压器,满足高压大功率的应用。首先介绍了系统工作原理,重点研究了其中单相MMC背靠背换流器两端的补偿电流。提出了一种综合控制策略,包括变流器两端补偿电流的提取算法,子模块电容电压均衡控制,环流抑制策略以及PWM调制方法。最后在Matlab/Simulink中搭建了系统模型,分别对交直交型电力机车的牵引和再生制动工况进行仿真,验证了所提控制策略的有效性。     

基于潮流控制器的同相牵引供电系统方案研究

文章提出了以大容量潮流控制器为中心,结合斯科特变压器构成同相牵引供电系统。该系统不仅能传递有功功率、补偿无功功率及谐波,还可以取消电分相。大容量潮流控制器由四重化的三电平电压源换流器组成,具有拓扑结构简单,提供容量大等优点。     

基于三电平半桥变换器的同相供电潮流控制器

近年来研究较热的同相供电可以解决电气化铁道长期存在的以负序、谐波和无功为主的电能质量问题,尤其是困扰列车速度和牵引力提升的电分相问题。为了适应牵引负荷容量大、电压高的需求,此处研究了基于三电平半桥变换器的供电潮流控制器,其主要由两个单相"背靠背"的三电平半桥变流器构成,用于传递有功、补偿无功和抑制谐波,使得牵引供电系统相对电力系统而言,是一个三相对称纯阻性负载。与传统三电平变换器相比,该控制器减少了器件数量,降低了装置成本。最后实验验证了三电平半桥潮流控制器的正确性和可行性。