牵引供电系统谐波谐振特性分析

牵引供电系统谐波谐振一直是影响系统安全的重要因素之一,本文首先介绍了牵引供电系统等效阻抗的分析方法,然后在等效阻抗的基础上进一步分析了谐波阻抗和系统谐振频率的变化规律,同时利用均匀输电方程和传输参数矩阵分析了系统中的谐波电流放大情况,讨论了谐波电流放大和系统参数、机车位置之间的关系,并简述了抑制谐波谐振的措施。     

基于有源滤波器自适应阻抗重塑的高速铁路谐波谐振抑制

针对电力机车和牵引网阻抗参数耦合所引起的牵引供电系统的谐波谐振现象,首先基于阻抗分析法建立了有源滤波器、电力机车和牵引网的小信号阻抗模型,使用广义奈奎斯特判据分析了牵引供电系统谐波谐振的机理以及有源滤波器对牵引供电系统谐波谐振的影响。其次,提出一种基于阻抗重塑的牵引供电系统谐波谐振抑制方法,通过并网点电压前馈的方式在有源滤波器中引入虚拟阻抗,并利用自适应参数设计提升了虚拟阻抗对动态系统的适应性。最后,在Matlab/Simulink中搭建了“牵引网-电力机车-有源滤波器”统一仿真模型,验证有源滤波器的自适应阻抗重塑对谐波谐振抑制的有效性。     

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。     

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。     

考虑电气化铁路谐波特性的无源滤波器设计

为避免牵引供电系统的谐波传递到上级系统变电站,对公用电网电能质量造成不利影响,提出一种安装在牵引站的无源滤波器设计方案,治理牵引供电系统的谐波向系统变电站的传递问题。基于系统变电站实测数据,设计单调谐滤波器用以滤除低次谐波兼具无功补偿功能,设计过程中考虑了滤波器参数偏差以及系统阻抗变化等因素的影响;设计阻波高通滤波器用以抑制高次特征谐波和谐波谐振,设计过程中考虑了系统频率偏差以及电容器偏差、故障下对阻波高通滤波器阻抗特性的影响。基于PSCAD车网源联合仿真模型,模拟牵引供电系统的特征谐波和谐波谐振以及牵引站的谐波治理过程,仿真结果表明,所设计的无源滤波器能有效抑制特征谐波和谐波谐振。     

基于谐波耦合机理的V/v接线牵引供电系统谐波阻抗辨识方法

随着交–直–交型电力机车的广泛运用,高次谐波引发的牵引供电系统谐振严重威胁电气化铁路安全运行,系统谐波阻抗是研究谐振机理及治理措施的关键参数,但提高谐波阻抗辨识精度具有较大挑战性。该文以V/v接线牵引变压器为算例,提出一种基于谐波耦合模型与谐波阻抗解耦的牵引供电系统谐波阻抗辨识方法。首先,推导不平衡牵引变压器两侧谐波的交互影响,建立牵引供电系统谐波耦合模型。然后,利用复独立分量分析法对谐波耦合模型进行解耦,分离出系统侧与负荷侧谐波阻抗,进而求得牵引变压器端口的总谐波阻抗。与几种传统算法的仿真对比表明,提出的方法在宽频域系统侧与负荷侧阻抗幅值相对大小波动性较强时、背景谐波较大时仍然适用;运用现场实测数据的辨识结果表明,所提方法能准确找到实际系统的谐振频率。     

可控测量频带的牵引供电系统频域阻抗测量方法

牵引供电系统中,常发生因机车谐波电流注入与牵引供电系统谐振点频率相匹配,出现严重的谐波谐振问题。阻抗特性能精确反映出系统谐振点,因此急需发展频域阻抗测量技术。该文基于谐波激励方式,提出一种可控测量频带的牵引供电系统频域阻抗测量方法。利用鸟鸣脉宽调制信号(chirp pulse width modulation,chirp-PWM)驱动大功率谐波激励电路,只需一次扰动实验便能在牵引供电系统中产生所设定频带内的宽频谐波激励,根据响应电压、电流信息可计算获取设定频带内的阻抗信息。此方法充分减小传统基于扫频法测量阻抗的测量时间,且谐波激励电路结构简单,控制信号易于得到,测量频带可控。可为开发牵引供电系统频域阻抗测量装置提供重要参考。     

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。     

基于电容器投切的电网谐波阻抗测量

投切电容器是测量电网谐波阻抗的常用操作方法,利用投切电容器后的暂态电压、电流分量进行离散傅里叶分析可计算电网公共耦合点处的谐波阻抗。TLS-ESPRIT算法可对投切电容器后的电压、电流同时进行去噪和滤基波处理,得到准确的暂态电压、电流分量。相对于Prony算法,TLS-ESPRIT算法抗噪声干扰能力强,且其能更准确辨识模态参数。仿真验证了TLS-ESPRIT算法在基于电容器投切的电网谐波阻抗计算中的有效性。     

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。     

并联电容器装置在谐波环境中的应用

本文对并联电容器装置在谐波环境中的应用作了简要分析,指出在工程应用时必须要考虑系统、电容器补偿装置和谐波的相互作用,以避免谐波放大造成的设备运行故障,并通过实测数据对比给出了结论。利用等效电路图对谐波源位于供电系统电源侧或负荷侧的情况分别进行了推导计算,阐述了在谐波环境中并联电容器串联电抗器的必要性,对电抗率的选择提出了合理化建议。     

基于逆变电源的中低压配电网谐波阻抗测量研究

基于谐波注入的阻抗测量方法具有谐波幅值可控的优势,在阻抗测量中得到了广泛的应用。文中介绍了一种基于逆变电源的中低压配电网谐波阻抗测量方法,针对不同电压等级的配电网设计了不同的测试拓扑,分析了通过逆变电源产生的谐波电压测量中低压配电网谐波阻抗的原理;同时,建立了不同控制方式逆变电源的戴维南模型,并分析了不同控制逆变电源等效电路的特性;为了提高测量精度,同时满足测试时的电网谐波要求,文中也提出了一种谐波注入准测。最后通过Simulink仿真证明,基于逆变电源的配电网谐波阻抗测量方法可以准确测量出配电网阻抗参数。     

新型谐振式混合有源滤波器的研究

为减小有源滤波器的容量,提出了一种新型混合有源滤波器的拓扑结构。其基本思想是:根据分流原理,适当控制有源部分来等效增大系统支路的谐波阻抗,提高无源滤波器的滤波效果;将有源部分与基波谐振电路并联来减小有源部分容量;合理地配置注入支路的参数,以保证滤波器具有较好的滤波能力和一定的无功补偿能力。仿真和实验结果证明了所提出的混合有源滤波器的可行性和正确性,所提出的拓扑结构消耗的有效材料少,体积小,占地面积小。     

变压器直流偏磁谐波对并联电容器的影响分析

基于变压器直流偏磁下的谐波特性,采用等值电路法分析了并联电容器支路对直流偏磁下谐波的谐振机理。对惠州电网某变电站500kV变压器低压侧电容器组损坏事件进行了分析,通过对直流偏磁下低压侧各奇次和偶次谐波阻抗的计算,得出了在现有电容器支路参数下可能发生4次谐波放大现象的结论。通过将第2组和第3组电容器电抗率提高到12%,并进一步对低压侧各次谐波阻抗进行计算分析,结果证明增大串联电抗器电抗率的方法能够很好地抑制4次谐波放大,从而为变电站并联电容器组在直流偏磁谐波下的参数选择和安全运行提供参考。     

一种新型稳压电源的研制

针对目前交流稳压电源开关器件多,电路控制复杂的缺点,提出了一种新型单极性交流稳压斩波电路拓扑结构.该电路结构及其摔制方式简单,动态响应快;所用开关器件少,谐波含量小,可靠性高;滤波电容和电感容量小,输出精度高.通过采用PWM斩波控制方式,使系统侧功率因数接近于1.良好的仿真和样机实验结果表明该装置具有较大的实用价值.     

Optimal power control strategies for neutral point clamped (NPC)inverter topology

A programmed pulsewidth modulation (PWM) technique for selectively eliminating several lower-order harmonics at the output of a neutral point clamped (NPC) inverter topology is investigated. The switching function approach is utilized to derive relevant analytical expressions for input/output variables. A thorough evaluation of the NPC inverter topology based on the switching function approach is described. Optimal power control strategies for an NPC inverter employing programmed PWM patterns are proposed. For a constant-frequency variable-voltage NPC inverter power supply, the proposed strategy is to maintain a minimum specified total harmonic distortion employing a low-output impedance filter. In the case of an NPC inverter powering an AC motor drive, the proposed strategy is to maintain a minimum specified harmonic current factor. The proposed power control strategies are achieved without substantial increase in inverter switching frequency and are therefore suitable for high-power applications employing gate-turn-off-thyristor (GTO) type devices     

基于GaN器件的模块化多电平包络跟踪电源

包络消除与恢复（EER）技术是一种提高变包络幅值调制的射频功放效率的有效手段,其核心装置是高跟踪精度、高带宽、高效率的包络跟踪电源。为提高其带宽、效率和跟踪精度,提出了一种结构模块化的多电平包络跟踪电源电路,首先由两个半桥单元层叠构成一个三电平子模块并由一路独立直流电源供电,再将多个三电平子模块的输出串联后采用载波移相PWM进行调制,从而可得到多电平的输出电压。由于通过增加输出电压电平数提高了等效开关频率,并减小了阶梯电压,因此可有效提高带宽和跟踪精度。针对每个三电平子模块内部两个直流电容的电压不平衡问题,提出了一种微调PWM信号占空比的平衡控制方法。采用氮化镓（GaN）器件搭建了一台最大功率500W、开关频率1MHz、带宽400kHz的五电平包络跟踪电源样机,实验结果验证了该电路拓扑及控制方法的有效性和可行性。