单相三电平PWM整流器网侧谐波分析

针对高速列车作为谐波源对牵引网注入高次谐波并与牵引网固有频率产生谐振这一问题,提出一种定量精确计算列车网侧谐波特性及其分布规律的方法。以应用于高速列车电力牵引交流传动系统的单相三电平脉冲整流器为研究对象,基于三维(3D)几何墙模型模拟了基于载波脉宽调制(PWM)的调制信号生成原理,定量推导了单相三电平脉冲整流器网侧输入电压的谐波频谱解析式,得到整流器输入电压解析式及其谐波分布规律。最后分别基于Matlab/Simulink时域仿真和小功率实验平台测试,验证了理论分析的正确性。     

用于电磁干扰仿真的牵引电机高频阻抗模型

列车牵引系统为变压变频逆变器控制的交流传动系统,是高速列车运行过程中传导电磁干扰的主要产生源.为保证列车可靠运行,有必要对系统传导电磁干扰进行仿真预测及分析.牵引电机作为系统的必要组成部分,其高频阻抗模型的准确建立对列车牵引系统电磁干扰仿真平台的搭建起着重要作用.这里通过分析牵引电机内部结构,对已有的电机单相绕组模型进行改进,提出了一种用于传导干扰仿真的牵引电机高频阻抗模型电路拓扑.通过阻抗分析仪测量电机离线状态下20 Hz～30 MHz范围内的共差模阻抗幅值信息,基于测试所得结果,利用遗传算法对阻抗模型中各参数进行提取,得到最终感应电机高频阻抗模型.所建立模型的共差模阻抗特性与实际阻抗测量曲线吻合,验证了此模型的准确性和有效性.     

车网耦合下的牵引供电系统谐振不稳定机理分析

在国内电气化铁路的现场测试中发现了1种有别于谐波谐振现象的新型谐振不稳定问题,该文围绕高速列车与牵引供电网(以下简称车网)耦合系统中谐振不稳定问题的产生机理及影响规律进行了分析。采用阻抗分析法,建立了dq参考坐标系下小信号车、网阻抗传递函数模型;基于广义奈奎期特(Nyquist)判据,探寻了谐振不稳定现象的发生机理;分析了列车四象限整流器控制参数与牵引供电网参数对谐振不稳定的影响规律。仿真与实验结果表明,列车控制系统中电流环和锁相环的比例增益,以及牵引供电网等效电感等参数对谐振不稳定最为灵敏,因此在机车控制参数优化以及新建轨道线路设计时需重点考虑,这可为抑制谐振不稳定问题提供参考。     

基于分层控制策略的牵引供电系统谐波阻抗测试装置

提出一种单相级联H桥结构的牵引供电系统谐波阻抗测试装置,采用干预式法向牵引网中注入频率和幅值可控的谐波电流以测量谐波阻抗。建立了测试装置与牵引供电系统之间的功率潮流关系,分析了其工作原理。控制系统采用分层控制策略:顶层功率控制用于从牵引供电系统中吸收有功平衡自身损耗;二层谐波控制用于产生谐波电流;三层均压控制用于均衡各H桥变流器电容电压。对控制策略进行了理论分析和仿真研究,最后在小功率实验平台上进行实验验证,结果表明应用该测试装置能够准确测量系统谐波阻抗。     

高速铁路客货混跑车网耦合系统电气稳定性研究

高速铁路客运机车与货运机车混合运行可能成为未来运输的趋势,该文首次针对客货混跑时车网耦合系统的电气稳定性问题开展研究,在考虑牵引逆变器模型的前提下,建立了客车(CRH3型动车组)和货车(HXD2B型电力机车)在混跑状态下的阻抗模型,详细分析牵引网参数和控制器参数对车网耦合系统电气稳定性的影响.首先,基于状态空间模型,在数学建模时将逆变器和牵引电动机等效为中间直流环节的电阻并联电流源,并基于瞬态电流控制,分别建立了CRH3和HXD2B在dq轴下的整流器小信号阻抗模型;接着,基于广义Nyquist判据,利用"源–荷"车网级联系统的阻抗回比矩阵,对影响车网耦合系统的牵引网参数和控制器参数进行稳定性分析;最后,结合仿真测试和StarSim硬件在环实时仿真平台,验证了该文对客货混跑车网耦合系统电气稳定性研究的有效性和正确性.     

牵引供电系统注入式谐波阻抗测量的扰动限值选定方法

准确获得电力网络频域阻抗可为系统的保护参数整定、谐振优化与稳定性设计提供依据。基于注入式的阻抗测量方法能够快速、精确地获取被测系统频域阻抗特性。然而其注入能量过大时,将会影响系统正常运行;过小则会造成注入信号被系统噪声淹没。为研究注入式阻抗测量能量扰动限值与被测系统内部参数之间的相互关系,提出一种考虑噪声分量、背景谐波以及谐波传输损耗情况下的扰动能量限值选定方法。通过建立的被测系统等效模型,列写相对误差公式,建立测量装置注入信号发射值限定指标,分析相应指标对测量结果与系统运行的影响。针对电力系统中特殊的牵引供电系统阻抗特性,通过仿真与实验进行测量,比对满足/不满足所限定指标情形下测量结果的准确度,验证所提出限定指标及限定方法的正确性与可行性。     

基于光伏逆变器的电网谐波阻抗测量新技术

针对新型电力系统背景下电网谐波阻抗的测量需求,提出了一种基于光伏逆变器的新型电网谐波阻抗测量方法。所提方法不会对电网产生扰动,无需安装额外的测量设备,并且还能在阻抗测量过程中治理电网谐波。该方法在基波下控制光伏逆变器实现正常发电功能,在谐波下控制其等效为虚拟电阻。通过改变逆变器的等效虚拟谐波电阻值,测量并网点谐波电压的幅值,并结合最小二乘法来估算系统的谐波阻抗幅值。利用硬件在环实时仿真试验平台进行阻抗测量试验,测量结果与设定值相符,系统5次谐波阻抗的测量精度达99%,7次谐波阻抗的测量精度达97%,验证了所提方法不仅可测量系统多次谐波阻抗幅值,且能保证较高的测量精度。     

基于多电平滞环电流控制的牵引供电系统可控宽频带阻抗测量技术

精确获取牵引供电系统的宽频带阻抗特性,是分析车-网耦合系统的宽频带振荡问题的关键途径,对保障电气化铁路的安全稳定运行具有重要意义。目前的阻抗测量技术大多难以兼顾大功率与频带可控的测量要求,因此,该文提出一种基于多电平滞环电流控制的牵引供电系统可控宽频带阻抗测量技术,测量频带为10 Hz～5 kHz,可通过一次谐波扰动注入快速获取目标频带的系统阻抗,相比于传统的滞环电流控制方法,具有更低的开关频率,并且能有效避免死区效应,改善输出电流的波形,更适用于宽频信号的跟踪控制。最后,通过仿真和硬件在环实验验证了该测量技术的有效性。     

计及分布参数的双端口等效牵引网建模、验证及稳定性分析

针对现有牵引网模型难以进行阻抗建模以及进行系统稳定性分析的问题,采用一种牵引网的戴维南-戴维南等效电路模型,在考虑牵引网的分布参数特性的同时,将牵引网简化为一个含受控源的双端口电路。与实际线路测量数据的对比结果表明,采用所提建模方法得到的线路参数在中频段吻合实际线路数据。基于所提模型对车网级联系统进行稳定性分析,结果表明所提模型相较于传统简单模型能够更准确地分析系统低频振荡,同时牵引网长度显著影响系统低频振荡稳定性。     

基于稳态测量的电力网络谐波阻抗的确定

提出了一种电力系统谐波阻抗的测量方法 ,该方法通过对电力系统 (自然或人为 )扰动前后的稳态量的测量确定系统谐波阻抗 ,并进行了仿真验证 ,展示了该方法的实际应用前景     

基于电容器投切法的牵引供电系统谐波阻抗测试分析

针对牵引供电系统供电拓扑结构复杂、系统等效阻抗难以精确计算等特点,提出基于电容器投切法的谐波阻抗测试方法。并联电容器开关闭合的过程可以等效为一个谐波源向系统注入谐波电流,基于此建立了阻抗测试系统用于处理拓扑结构特殊的牵引供电系统,该阻抗测试系统由27.5 kV/380 V的变压器、电容器、开关和负载阻抗组成。考虑到现场测量中存在背景谐波、噪声等干扰,利用波动量法和小波分层算法对采集信号进行处理。基于Simulink仿真平台搭建牵引供电系统阻抗测量模型,仿真及误差分析结果验证了所提方法能有效地测量牵引供电系统的谐波阻抗。     

基于稳健复线性回归的高速动车组谐波建模方法

精确的高速动车组谐波模型是分析高速铁路牵引供电系统谐波问题的关键之一。结合CRH2A型动车组现场实测的电压、电流数据,分析了6种典型稳态运行工况下动车组的谐波电压、谐波电流的幅频特性、相频特性及其交互特性。在此基础上,建立了非耦合谐波诺顿等效模型,并应用稳健复线性回归方法求解等效谐波电流常量和谐波导纳矩阵。仿真结果表明,所建立的谐波模型能准确地表征高速动车组的谐波电流输出特性,可用于精确地评估高速铁路牵引供电系统谐波问题。     

基于车网耦合的高速铁路牵引网潮流计算

针对全并联自耦变压器(autotransformer,AT)网线路的特点,建立通用的多导体链式电路模型。在此基础上,将高速列车视为恒功率负荷并进行迭代,形成了"机车–牵引网"(简称车网)的耦合模型。考虑AT漏抗值和钢轨的对地电阻,对3种不同工况进行潮流分析。仿真结果表明,车网耦合下的潮流计算能很好地反映实际的功率分布特性,并且全并联AT网上下行线路具有较好的对称性。牵引网潮流计算为分析高速铁路不同工况下的功率流动、电压分布奠定了基础,同时也可用于分析牵引负荷对公用电网电能质量的影响。     

基于降阶模型的三相Vienna整流器交流级联稳定性分析

以三相Vienna整流器交流级联稳定性为研究对象,给出了dq坐标系下三相交流系统小信号简化稳定性判据,构建了面向级联系统小信号稳定性分析的Vienna整流器阻抗方程;提出并采用一种虚拟阻抗方法,有效改善了Vienna交流级联系统小信号稳定性;构建了完整的仿真与实验模型,给出了详细的理论分析与虚拟阻抗设计方案,结果表明了所提阻抗与小信号稳定性分析的正确性。     

牵引变流器中6500 V场终止IGBT的物理场仿真研究

绝缘栅双极性晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)凭借其优异的载流和抗压能力,在牵引变流器中得到了广泛的应用.通过仿真研究了解其动态特性,对于保障其自身和系统的运行稳定性和可靠性具有重要意义.针对牵引变流器用大功率IGBT封装模块,在分析IGBT工作原理和特性的基础上,充分...     

基于宽频带扰动的牵引供电系统频域阻抗测量方法

当不能准确获取牵引供电系统详细的拓扑及参数时,很难对其频域阻抗特性进行量化计算与分析。为得到精确的牵引供电系统频域阻抗特性,提出了一种基于宽频带扰动的牵引供电系统频域阻抗精确测量方法。介绍了牵引供电系统频域阻抗测量原理;基于正弦脉宽调制(SPWM)机理,结合能量谱分析,提出了一种只需一次实验即能得到牵引供电系统测量点处精确频域阻抗特性的测量方法;通过软件仿真和实物实验分别对所建牵引供电系统模型进行频域阻抗测量,结果表明阻抗测量值均能够与理论值保持一致,共同验证了所提阻抗测量方法的正确性与实用性。     

城轨牵引供电系统PWM整流器无源性功率控制研究

现行城轨牵引供电系统多用多脉波整流的方式,但是存在谐波污染严重、能量不能双向流动的缺点,针对上述问题,文章提出了基于无源控制策略的整流器控制方式,对该种控制方式首先进行了理论推导,根据电压型整流器的主电路拓扑结构,建立了系统在两相同步旋转坐标系下的EL模型,并采用了解耦控制策略对控制器进行设计,最后将该方法用于城轨牵引供电系统中,控制整流器输出接触网(轨)的电压,并且在此基础上分析了负载扰动,机车制动,电网不平衡条件下整流器的性能,仿真结果表明,整流器具有很好的稳定性、抗干扰性,单位功率因数运行特性,对城轨牵引供电系统提供了很好的理论依据。     

直流孤岛系统低次谐波稳定性仿真研究

针对南方电网牛从和普侨两个直流输电工程孤岛运行状态下的低次谐波稳定性问题,在PSCAD/EMTDC中搭建了详细的时域仿真模型并进行仿真研究。首先,使用测试信号法在一定频率范围内扫描直流输电系统直流回路阻抗和交流并联阻抗。其次,通过分析比较低次谐波频率下直流回路阻抗与交流并联阻抗之间的大小关系,对直流系统的低次谐波稳定性进行初步判断。最后,用时域仿真法对可能出现低次谐波振荡的工况进行校核。计算结果表明,在孤岛运行方式下,交流系统短路比的变化对直流回路阻抗和交流并联阻抗的阻抗频率特性有一定影响,随着短路比减小,阻抗频率特性向左上方偏移。此外,在所考虑的孤岛运行方式与故障情况下,直流系统均不会发生低次谐波不稳定现象。     

高速动车组中PWM整流器谐波抑制方法研究

针对CRH3型动车组牵引系统的主谐波源——单相电压型PWM整流器,采用平均状态等效模型分析其谐波产生机理,在此基础上分别从主电路参数、控制策略两方面研究其谐波抑制方法,并进行相关仿真验证。仿真结果表明,载波移相技术可有效抑制牵引系统输入端电流谐波,配合其它谐波抑制措施可得到较为理想的输入电流波形,降低高速铁路对公共电网的污染。     

地铁牵引供电系统中有源滤波器谐波控制研究

地铁牵引供电系统中多采用的是24脉波整流机组,是由两组12脉波整流机组并联组成。如果两组12脉波整流机组工作不稳定会产生大量的谐波,对地铁安全运行产生威胁。因此从整流机组的整流特性进行谐波分析,针对24脉波整流机组加入三电平有源滤波器进行谐波控制。主要对三电平有源滤波器的拓扑结构及控制算法进行深入分析和研究。最后通过仿真与实验结合说明该有源滤波器对地铁24脉波整流牵引供电系统非特征次谐波控制有一定的补偿作用。