基于三相-单相电力电子变压器的牵引供电系统负载不平衡、无功和谐波潮流分析

将三相-单相电力电子变压器应用于贯通式同相供电系统,对比计算了传统变压器、电力电子变压器的单相侧和三相侧之间负载不平衡、无功和谐波的潮流关系。基于三电平电路研究了隔离DC-DC变换器和多模块级联整流器的控制方法:整流器采用有功无功解耦控制,实现了三相网侧单位功率因数运行;隔离DCDC变换器采用双边三电平控制,减小了流过中频变压器电感电流有效值。仿真和实验结果验证了基于三相-单相电力电子变压器的贯通式同相供电系统可有效消除负载不平衡、无功和谐波对三相电网电能质量的不良影响,系统动静态性能良好。     

Yd1三相平衡牵引供电系统及其工作原理

我国传统干线电气化铁路一般采用单相工频25 kV牵引供电制式。为减少单相供电给外部三相电网带来的负序影响,牵引网采用轮换相序的方式沿铁路线布置。但由于机车负载很难时刻保持在牵引网各相序均匀分布,即使牵引网采用轮换相序的方式,仍难以避免给三相电网带来的负序影响。介绍了一种基于三相变压器与四象限变流器拓扑的Yd1三相平衡牵引供电系统,详细推导了其补偿原理,并通过仿真验证了系统方案及补偿原理的可行性。方案采用四象限变流器作为补偿装置,牵引负载功率由变压器和变流器共同提供,因此具有灵活性高、功率效率高等优势。同时,该Yd1三相平衡牵引供电系统结构简单,能很好地适用于机车试验线和检修所的应用场合。     

瞬时功率聚合传输的低电容值大功率级联型风力发电系统

随着海上风电机组单机容量的不断增加,传统低压两电平背靠背变流器存在额定电流过大、解揽困难等问题,难以满足10～20MW大型海上风电机组功率变换需求。为此,提出了一种基于瞬时功率聚合传输的中压大容量级联H桥风电变流器拓扑结构。该拓扑利用四端口DC/DC变换器进行电气隔离。并给出了一种基于瞬时功率聚合传输的控制方法,将级联H桥三相H桥单元的低频脉动功率进行聚合传输,消除级联H桥的直流侧低频脉动电压。相比于常规级联H桥风电变流器,所提拓扑不需要多绕组工频变压器隔离,并且可以大幅降低所需的低频滤波电容,具有功率密度高、成本低、可靠性高(直流滤波电容)的优势。最后搭建了小功率模拟实验平台,验证了所提拓扑及控制策略的有效性。     

面向中高压智能配电网的电力电子变压器研究

分析了电力电子变压器(power electronic transformer,PET)的国内外研究现状,以及面向中高压电网的已有PET拓扑的特点。在此基础上,基于模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC),提出了面向中高压智能配电网PET的一种新型拓扑。与传统的PET电路拓扑相比,新型拓扑的优势在于其可以减少电力电子开关器件的数量;更重要的是,可以显著减少高频变压器的数量,具有更好的体积及重量优势。同时,分析了该拓扑PET的工作机制及不同电能转换环节的控制策略设计方法。10 kV/380 V配电网用PET样机上的仿真及试验结果表明了所提拓扑及其控制策略的可行性。     

基于两相三线制变流器的高速铁路负序和谐波综合补偿新方法

提出一种基于两相三线制变流器的高速铁路负序和谐波综合补偿系统。该补偿系统中,两单相降压变压器连接两供电臂形成两单相电压,通过两个电感与两相三线制变流器连接。两相三线制变流器结构包含3个开关臂,其中一开关臂与两单相电压共用地线连接,因此使两相三线制变流器中与两个普通单相变流器相比要少一开关臂,简化了结构。本文提出和分析了该系统的拓扑结构,建立了相应电气模型,对两相三线制变流器的工作原理和新结构补偿原理进行了分析,提出了负序和谐波实时检测方法及控制方法。仿真和实验结果验证了所提出补偿结构及其方法的有效性。     

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。     

一种电流型并网逆变器的拓扑和控制方法

提出一种基于导抗变换器的单相和三相电流型并网逆变器主电路拓扑结构及三角波-三角波脉冲宽度调制模式,详细分析了该主电路的工作原理及控制策略,推导了导抗变换器及三角波-三角波调制模式的输出特性,仿真和实验结果验证了本方案的正确性.由于本逆变器采用高频电感和高频变压器替代了传统电流型逆变器中的工频电感和工频变压器,具有控制简单,成本低,体积小,效率高等优点,并网电流不受电网电压影响,可以实现高功率因数电流源并网逆变.提出的三相并网逆变方案,相比于传统三相并网逆变器,具有系统冗余性好,抗电网波动能力强等优点.     

基于贯通供电系统的多变电所并网控制的研究

贯通式同相供电系统作为一种新型牵引供电系统,通过电力电子技术实现牵引网的全线贯通,彻底取消了牵引网上的过分相装置。以五电平三相/单相变换器的贯通式同相供电系统为例,分析了两变电所之间的环流特性,同时基于下垂控制的思想,提出一种适用于该系统的并网控制策略,相对于传统下垂控制方案受限于其固定系数而无法快速调节变电所功率输出的不足,该方案能根据机车负载的投切实时控制各个变电所的功率输出,使系统达到预期的运行效果。仿真和实验表明,在该控制策略的作用下各变电所输出电压的幅值、相位、频率能与牵引网实时保持一致且系统能较好地稳定运行,验证了所提控制策略在贯通式同相供电系统中应用的合理性和可行性。     

具有电动汽车快速充电接口的电力电子变压器低压直流侧设计

围绕具有电动汽车快速充电接口的一种交直流容量可切换的电力电子变压器(power electronic transformer,PET)拓扑,提出了一种容量配置方案和滤波器设计方法。首先,基于蒙特卡洛法对电动汽车快速充电进行负荷预测,通过分析电动汽车快速充电负荷曲线对PET可切换功率模块容量进行配置。其次,为减小逆变模块视在功率、减少PET投资与运行损耗,提出了PET低压侧滤波器采用公用电感并考虑利用滤波电容对负载无功功率进行补偿的设计方法。最后,对所提容量配置方案和滤波器设计方法给出了实例分析和仿真验证。     

新型同相供电拓扑中功率单元的控制策略

给出了一种用于电气化铁路的无牵引变压器新型多电平同相供电拓扑,从谐波、无功功率及负序电流方面对该拓扑进行了分析,指出该拓扑用于同相供电的优越性。针对该拓扑中功率单元的单相H-H结构,采用迭代的方法,对直流母线电压及输入电流的谐波特性进行了详细分析,提出了带有电网电压、直流母线电流、直流母线电压全前馈的功率单元整流侧控制策略。基于功率单元控制系统硬件平台,进行了实验。实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

一种变流器结合变压器的单相-三相电源变换方案研究

在220V配电领域,采用单相供电的场合下,无法满足用户的三相用电需求。针对这一问题,本文提出一种基于单相变流器和逆变压器的供电方案,可将电力从单相变换为三相。该方案基于变压器的逆变换原理,变流器起电压变换作用。整流侧采用电压和电流双闭环控制,设计了无功补偿模块,实现网侧电压和电流同相位。同时,逆变侧得到的移相电压配合逆...     

载波移相 SPWM 在贯通式同相供电系统中的应用

针对贯通式同相供电系统中的交-直-交变流器输出电流(电压)谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)较高的问题,提出采用载波移相正弦波脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)方法,将多个单相逆变器级联输出,以此改善输出电压波形。在Matlab/Simulink中建立系统模型进行仿真测试,结果表明,所提方法能够有效改善牵引供电系统电能质量问题,使牵引侧负载电压THD含量减少、电力电子器件耐压水平降低。     

基于Y／>／▽平衡变压器的同相牵引供电系统

针对目前电气化铁道使用的斯科特变压器和阻抗匹配变压器的缺点以及同相供电系统补偿电流实时检测方法的不足,提出了基于Y/＞/▽平衡变压器的同相牵引供电系统方案.分析了Y/＞/▽平衡变压器平衡变换条件,给出了无锁相环补偿电流实时检测方法,且采用MATLAB/Simulink搭建整个系统的仿真模型.在仿真系统中,用信号发生器产生与电源电压同频同相的正、余弦信号;在实验系统中,采用查询正、余弦表的方法产生与电源电压同频同相的正、余弦信号,取消了锁相环的使用.结果表明,所提同相供电方案实现了三/单相的综合补偿,无锁相环补偿电流实时检测提高了补偿电流实时检测的准确性.     

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。     

基于平衡变压器的三相-单相牵引供变电补偿方式

电铁动车牵引负荷采用单相工频交流27.5 kV供电,接入电网后会严重影响电网电能质量,增加电能损耗。为此,提出一种根据机车运行变化利用投切电感改进参数匹配、达到改善电能质量的方法。首先基于Y//?接线平衡变压器模型,运用二端口网络的T形等效电路类比平衡变压器副边电路拓扑结构,提出LC补偿和LL补偿2种方案;继而以满足平衡变压器模型输出边两相电压和电流分别正交的特性为约束,推导出补偿元件参数取值计算公式;最后在MATLAB/Simulink软件平台上搭建了10 kV/27.5 kV牵引供电系统模型,分析机车驶出供电段过程中实际功率从额定功率S变化到0时电网侧电压不平衡度。仿真结果证实了所提方法的有效性和实用性。     

基于YNVD平衡变压器的电气化铁路电能质量管理系统

提出了一种基于YNVD平衡变压器的电气化铁路电能质量管理系统。该系统利用YNVD平衡变压器二次三角连接侧可引出三相抽头,连同二次V形连接侧安装的耦合变压器一起为单-三相背靠背变流器提供电气接口。相比于传统用于电气化铁路的背靠背变流器,该系统中使用的三相变流器比传统的单相变流器复杂,但该系统只需要1台耦合变流器,在一定程度上弥补了其不足之处。同时,三相变流器可以在c相桥臂开关发生故障时转变成单相变流器使用以保证系统补偿能力,而且可以在单相变流器故障情况下单独运行以保证系统补偿能力,所以该系统可靠性较高。根据理论分析搭建了MATLAB仿真模型及小容量原理样机,仿真和实验结果均验证了所提系统的有效性。     

电力电子变压器的高速铁路同相供电系统及控制方法

传统的同相牵引供电系统能够解决电气化铁路供电长期存在的电能质量和过电分相等问题,但存在高压大功率降压隔离工频变压器。电力电子变压器的同相供电系统能取消工频变压器,具有重量轻、成本低等优点。首先提出了该系统的结构和工作原理;其次采用相量法和相量图分析了系统负序补偿平衡原理,根据系统结构特点提出了高压级联侧电压平衡控制方法和直直隔离侧控制方法;最后在MATLAB/Simulink仿真平台上建立了仿真模型,仿真结果验证了所提结构和控制方法的有效性。     

新型单相光伏并网逆变器共模电流抑制研究

针对现有非隔离单相光伏并网逆变器拓扑共模电流大、效率低等问题,提出一种新型非隔离单相光伏并网逆变器拓扑,该拓扑在单相全桥逆变器的基础上增加2个续流二极管,并将交流侧滤波电感移至逆变器下桥臂,使得开关周期内共模电压保持恒定,有效抑制了共模电流;同时高频开关管使用MOSFET,工频开关管使用IGBT,且避免引入额外的开关管,系统整体损耗降低.通过对3 kW系统的仿真和实验,验证了新型拓扑抑制共模电流的效果.     

一种高频链模块化电力电子变压器

电力电子变压器(PET)包含多级电能变换环节和大量元器件,制约了其效率、功率密度和可靠性的提升。基于模块化多电平矩阵变换器(M3C)的应用,本文提出一种高频链模块化PET电路拓扑。采用矩阵变换的方式可减少电能变换环节,并且所提拓扑可减少高频变压器与子模块的数量,具有体积和重量优势。针对该PET,分析了其工作特性与控制策略设计方法。仿真试验结果表明了所提拓扑及控制方法的可行性。     

采用YNd-SVG的电气化铁路负序补偿模型及控制策略

从有源无功补偿的角度提出一种基于YNd接线变压器与静止无功发生器的负序补偿方法.构建负序补偿的通用数学模型,以YNd11接线变压器为例,基于该数学模型将负序补偿的拓扑结构分为补偿模式Ⅰ和Ⅱ两类.分别构建同相及异相供电负序补偿的静止无功发生器无功容量及电流数学模型,并提出一种确定负序补偿方案的方法.提出适用于同相供电及异...