牵引四象限变流器的预测电流控制

以牵引四象限变流器为研究对象,在分析变流器工作原理的基础上,为提升变流器瞬态响应、降低网侧电流谐波、保证网侧单位功率因数和稳定直流侧电压,对变流器的预测电流控制策略进行了研究与分析。利用MATLAB/Simulink搭建四象限变流器主电路和预测电流控制系统模型,对牵引状态下的网侧电流谐波、网侧功率因数和直流侧电压进行仿真测试。仿真结果表明,在牵引工况下,基于预测电流控制的四象限变流器可以实现网侧电压电流同相、稳定中间直流电压以及降低网侧谐波含量。     

CRH2与CRH5型动车组网侧变流器的对比分析

网侧变流技术是动车组牵引系统中的关键技术之一。以高速动车组网侧变流器采用的单相三电平和两重两电平变流电路为研究对象,介绍了CRH2与CRH5型动车组网侧变流器的主电路结构,分析了两种网侧变流器的工作模式,并对其性能优劣进行了对比。两种电路各有优缺点,在实际使用中应按照各自的特点根据具体情况来选择。     

考虑牵引网谐波耦合的动车组辅助变流器启动特性分析

动车组辅助变流器运行在谐波含量较高的线路时频繁出现启动失败故障,线路试验结果表明牵引网高次谐波含量与启动失败存在相关性。为研究牵引网谐波电压对交直交型辅助变流器启动过程的影响,首先建立了车载单相变压器谐波模型,分析了牵引网谐波对车载牵引变压器辅助绕组的渗透特性。建立辅助变流器滤波电路谐波模型,对其串联谐振进行理论分析。建立单相不控桥式整流电路的数学模型,理论分析了交流侧谐波对不控整流电路的影响。对发生辅助变流器启动故障的CRH某型动车组的进行测试,对电压进行了谐波分析。根据实测数据对交直交型辅助变流器预充电过程进行仿真分析,与理论分析结果进行了对比。研究结果表明,牵引网谐波会明显渗透到车载牵引变压器辅助绕组,当滤波电路参数与牵引网谐波不匹配时,将激发滤波电路串联谐振,使滤波电容电压严重畸变,会使变流器不控整流阶段的直流侧电压升高,导致辅助变流器出现预充电启动失败故障。对深入研究谐波环境下动车组辅助变流器特性及滤波电路元件参数选取具有一定的指导意义。     

单相四象限输入电流谐波消除方法研究

铁路牵引机车及电动车组的牵引传动系统通常采用单相四象限整流器作为网侧变流器,能够保证电网的单位功率因数和能量的双向流动的要求,优化单相四象限输入电流波形,抑制输入电流谐波具有重要意义。本文提出一种基于二阶陷波器的电流谐波消除方法,能够阻碍中间电压的二次脉冲进入到控制环节,实现三次谐波的消除。经过试验验证,本文所提出的方法,实现了对四象限输入电流三次谐波的抑制,降低了四象限输入电流的谐波含量,提高了四象限输入电流的品质,该方法具备进行大规模推广应用的价值。     

高速动车组再生制动下网侧电流谐波特性分析

电气化铁路牵引负荷是电力系统中的主要谐波源之一,再生制动下的动车组所带来的谐波问题表现突出。根据高速动车组CRH2工作原理,建立动车组再生制动工况时网侧电流谐波模型,利用双边傅里叶级数法,给出了负荷再生制动时网侧电流谐波与再生功率之间的关系。并基于Matlab/Simulink建立CRH2仿真模型,通过对不同再生制动功率下列车电流频谱仿真分析,验证了理论分析结果,并得到了谐波分布随再生制动功率的变化规律。     

大功率机车牵引四象限变流器解耦控制方案

在机车牵引等兆瓦级大功率四象限变流器(four-quadrant converter,4QC)应用场合,功率器件的开关频率低至数百赫兹,直接电流控制的优势难以发挥,通常采用间接电流控制。传统的间接电流控制又难以对变流器网侧的有功功率和无功功率进行独立控制。针对这类情况,在静止直角坐标系建模,采用功率解耦的电流控制方法,实现了单相四象限变流器有功功率与无功功率的独立解耦控制;通过引入有功电流和无功电流的有效值闭环控制,使得电流的稳态精度提高,降低了系统对输入电感参数和电网电压幅值的敏感度;采用两重化载波移相调制,使得网侧电流的谐波成分大为减少;分析了变流器两重化并联运行时环流的产生机理,并进行了有功和无功的均流控制。基于上述控制方案,实现了大功率机车牵引四象限变流器控制系统,实验证明了该控制方案的有效性。     

高速动车组三电平PWM变流器控制策略的研究

本文以CRH2型高速动车组多电平牵引变流器为研究对象,将单相四象限变流器的瞬间电流控制策略和PWM控制方法相结合,提出了三电平逆变器空间矢量脉宽调制控制策略。通过Matlab/Simulink仿真平台来研究三电平牵引变流器在不同操作条件下的稳定性能,旨在验证该控制策略的正确性。     

高速电气化铁路供电系统电能质量仿真研究

基于Matlab/Simulink,同时结合石郑高速铁路工程实际,建立了包括CRH2动车组、牵引网、V/x接线牵引变压器和AT变电所等在内的典型高速铁路供电系统。分别从CRH2动车组谐波特性、牵引网对谐波放大作用及高速铁路供电系统负序与不平衡等多个方面研究了高速铁路供电系统对电网电能质量的影响,对比分析了CRH2动车组的高次谐波电流频谱丰富、负序影响大等不用于普通交直型电力机车的特点。通过比较分析仿真结果,验证了所建立的高速铁路供电系统仿真仿真模型的有效性,能够满足高速铁路供电系统的电气分析。     

高速动车组大功率多重化四象限整流器控制方法

以虚拟d-q电流解耦控制方法为基础,介绍了单牵引变流器内两重化四象限脉冲整流器控制方法、同一控制器中载波移相的实现方法、不同控制器之间多重化四象限脉冲整流器载波移相的实现方式、四象限脉冲整流器开关频率较低时（小于500 Hz）的调制补偿方法。在实际大功率变流器上验证了该控制方法。证明该方法可以实现网侧电流谐波低、网侧单位功率因数高及直流侧电压恒定的控制目标。     

高速铁路车网耦合下的谐波潮流计算方法研究

为分析高速铁路牵引供电系统的谐波分布及其传输特性,在建立牵引网和CRH2型动车组谐波分析模型的基础上,提出了一种基波潮流与谐波潮流交替计算的谐波潮流计算方法。该计算方法充分考虑了高速铁路牵引网与动车组之间的电气耦合关系,即谐波电压与谐波电流之间的影响。通过分别对单列和两列动车组运行时牵引网的谐波潮流计算分析表明,该算法适用于高铁牵引供电系统单谐波源、多谐波源以及含有背景谐波时的谐波潮流计算,并且可以较为精确地反映牵引网谐波谐振现象,可为高速铁路牵引供电系统谐波谐振的分析和治理提供参考。     

AC/DC变换器的谐波分析简化方法

以6脉波AC/DC变换器为例,采用调制理论法对其进行了谐波分析,针对变换器输入电压以及开关函数,分别对它们进行了序量分解以及序特性分析,并在此基础上利用三相序量乘积特性对变换器的谐波计算进行了有效简化。利用简化方法对变换器直流侧电压以及交流侧电流进行了谐波分析,并且与仿真结果进行比较,分析情况包括:电压无畸变、输入电压不平衡、电压畸变以及开关函数不平衡。结果表明当存在电压谐波畸变时会根据畸变次数不同产生不同次谐波电流,而当系统出现电源不对称或者开关不对称情况时,都会在其交流侧产生3、9、15等次谐波。该方法适用的范围广,简单易行,可推广到12脉波或更高脉波变换器中,但是对单相电路并不适用。     

风电并网用全功率变流器谐波电流抑制研究

电网低次谐波电压和电力电子器件的非线性将使得风电并网变流器产生较重的并网谐波电流,为改善风电并网用全功率变流器系统的输出电能质量,在详细分析网侧变换器的谐波数学模型的基础上,提出一种抑制并网低次(5、7、11、13次)谐波电流分量的交叉耦合控制策略。该控制策略通过在多同步旋转坐标系下检测各次并网谐波电流的直流分量,采用电流交叉耦合控制方式实现对各次谐波电流的准确控制,详细分析并设计谐波电流交叉耦合控制器。所提控制方案考虑了各次谐波电流回路的交叉耦合影响,可有效降低各次谐波电流以及基波电流之间的相互影响作用,有利于提高系统工作的稳定性。仿真和实验结果验证了所提控制方案的正确性和可行性。     

Three-Phase AC/DC PWM Converter with Sinusoidal AC Currents and Minimum Filter Requirements

A pulsewidth modulation (PWM) control technique suitable for fully controlled three-phase ac/dc converters is analyzed, which gives sinusoidal input currents and ideally smoothed dc voltage. The technique allows four-quadrant operation and full-range control of the input power factor. An extension to a simplified converter scheme, capable of one-quadrant operation, is also considered. Operation of the converter is analyzed under both ideal and actual conditions. Control implementation and design criteria are discussed and experimental results are reported.     

特高压换流变压器对称性涌流的生成及其对大差保护的影响

借鉴和应涌流分析方法,分析特高压一组换流变压器空投时对称性涌流的产生机理和变化特点。基于工程实际参数建立详尽的特高压直流输电的仿真模型,对特高压换流站内一组换流变压器空投产生对称性涌流现象进行了仿真分析。阐明二次谐波制动判据失去闭锁能力造成特高压换流变压器大差保护误动的机理,为提升特高压换流站大差保护的动作可靠性提供分析手段。     

两电平VSC-HVDC系统直流侧接地方式选择

基于开关函数法对两电平电压源换流器型高压直流（VSC-HVDC）系统进行了建模,分析了正弦脉宽调制（SPWM）时VSC的谐波特性,指出零序的载波频率次谐波电压、电流是VSC交流侧的主要谐波分量,推导了该零序谐波电流经开关函数中的基波分量作用后将在直流侧形成载波频率次不平衡谐波电流。发现了直流侧不平衡谐波电流流通路径与直流侧的接地方式密切相关,只有VSC-HVDC系统两端直流侧都接地,直流侧不平衡谐波电流才能通过本端直流侧接地点和交流侧高通滤波器接地点流通而被限制在本地,否则该高频谐波电流将在输电线路上流通,从而引发一系列危害。在PSCAD/EMTDC下搭建VSC-HVDC系统进行了仿真分析,验证了以上结果,提出了两电平VSC-HVDC系统需要采用两端直流侧都接地的拓扑结构。     

Mitigating grid voltage harmonics using a line converter with active filtering feature

A line converter equipped with an LCL-line filter is used as an active filter directly compensating grid voltage harmonics. The control of four individual grid voltage harmonics is implemented using an individual control of corresponding harmonic line currents. The knowledge of the grid impedance is essential to efficient control of the grid voltage harmonics. To overcome the problem of an unknown grid impedance an identification method is used. The method uses the converter control system to measure the grid impedance at selected frequencies. The active voltage harmonic cancellation is tested with a 19 kVA line converter by compensating background voltage distortion and distortion caused by a nonlinear load.     

特高压直流输电系统非特征谐波分析

特高压直流输电(UHVDC)以其特有的大容量、远距离、高电压等优点,在国内迅速发展起来。针对特高压直流输电系统普遍存在的网侧非特征谐波电流问题,展开了一系列的研究。首先理论分析了特高压换流变阻抗不平衡和触发角不平衡时,5、7次等非特征谐波电流的产生。其次,根据国内某一实际的UHVDC相关运行参数,以PSCAD/EMTDC软件为平台,搭建了其仿真分析模型。最后,重点针对换流变阻抗不平衡和触发角不平衡两种情况,计算了网侧5、7次非特征谐波电流。仿真结果表明,换流变阻抗不平衡对交直流互联系统的影响较小;换流器触发角不平衡时,网侧5、7次非特征谐波电流较大,超出了谐波电流含量最大1%的标准,对交直流互联系统的影响较大。     

回馈式级联型变频器PWM整流控制及其谐波分析

研究了回馈式H桥级联型多电平变换器,利用移相变压器的二次侧漏抗代替PWM整流器的输入电抗器,采用比例积分加谐振(PIR)的调节方法,设计了电网电压定向控制的PWM整流器双闭环控制策略。同时,文中给出了H桥的功率单元拓扑结构、PWM整流器的数学模型及控制策略,对PIR调节器原理、功率单元及网侧电流谐波进行了分析阐述。通过实验,验证了移相变压器消除谐波的作用,以及控制策略对直流母线电压稳定的有效性,实验结果表明PWM整流器及其控制策略在电动机加速、减速过程中,表现出良好的四象限运行性能。     

一种基于Boost电路的新型矩阵变换器及其谐波分析

在交-直-交矩阵变换器的中间直流环节上串联-工作在高频脉冲状态下的Boost升压电路,形成了一种基于Boost电路的交-直-交矩阵变换器Boost MC(boost matrix converter).利用其在高频脉冲状态的升压能力,达到提高矩阵变换器的电压传输比的目的.推导了相关的数学模型,讨论了Boost电路的不连续导通(DCM)工作模式,分析了电路拓扑结构,重点讨论了Boost MC的升压原理并对输入电流和输出电压进行了谐波分析.仿真试验结果验证了该方案的有效性和正确性,电压传输比可达到1.0以上,输出电压波形非常接近正弦波,谐波含量增加不多,且主要为开关频率附近的高次谐波.     

新型交直流输电系统谐波抑制的机理

为降低换流器产生的谐波对交流系统的影响,提出了一种可有效抑制谐波于阀侧且可降低滤波器设计难度的新型换流变压器和新的谐波抑制方案。介绍了新型换流变压器的绕组接线方式、电压偏移角的计算、绕组匝数比的确定后分析了谐波抑制的机理和有效谐波抑制对绕组谐波阻抗的要求。为验证该谐波抑制方案的可行性和正确性,建立了基于新型换流变压器和传统换流变压器的交直流输电系统的仿真模型,两个模型的阀侧和网侧电流的对比分析证明,新型换流变压器的交直流输电系统谐波抑制效果良好。