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。     

基于模块化多电平换流器和组合式变压器的高速铁路同相牵引供电系统

为解决高速铁路大容量负荷补偿需要、降低有源补偿装置容量,提出了基于模块化多电平换流器(MMC)与组合式接线变压器相结合的有源补偿同相牵引供电系统。设计了基于MMC的直挂型潮流控制器(PFC)拓扑结构,并推导了MMC参数计算方法。提出了负序灵活补偿策略,在负序满足国标的前提下节省了有源补偿装置容量。与传统同相牵引供电系统相比,该方法在满足更高的电压等级和功率要求的同时,节省了匹配变压器成本,降低了有源补偿容量。最后给出了系统控制策略,并通过仿真分析验证了所提方案的有效性与正确性。     

基于无谐波检测和选择性谐波补偿原理的组合式同相供电系统控制策略

针对组合式同相供电系统同相补偿装置(CCD)的常规控制方法受负载电流检测精度影响严重,且不能良好跟踪高速铁路负载高次谐波电流的缺陷,提出一种选择性谐波电流控制策略。该控制策略仅需要保留CCD的两单相变流器输出电压、电流的检测部分,不需要检测负载电流;并通过矢量比例积分控制器对连接负载的单相变流器输出电流误差中的各次谐波单独跟踪。该设计方法不受负载电流检测精度的影响,对牵引负荷各个频段谐波都具有良好的跟踪性能。利用MATLAB/Simulink搭建组合式同相供电的常规控制模型、改进控制模型和基于改进控制策略的半桥四臂模块化多电平电路模型,对交-直型、交-直-交型、混跑3种负载分别进行控制,仿真验证了改进电流控制方法的正确性以及在实际工程实现中的有效性。     

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。     

基于双星型多电平潮流控制器与YNvd变压器的同相供电系统

针对高速电气化铁路领域中存在的负序、谐波与电分相问题,提出了一种基于双星型多电平潮流控制器与YNvd平衡变压器的新型铁路同相供电系统。该双星型多电平潮流控制器为交交变换结构,由四个多电平级联型H桥子模块链节组成,无需直流母线电容。与潮流控制器两端均通过降压隔离变压器连接于变压器二次侧的传统作法不同,该系统将双星型多电平潮流控制器的一侧连接于YNvd平衡变压器二次侧?相分接头,减少了一个降压隔离变压器的成本。分析了该同相供电系统的拓扑结构与工作原理,提出了一种综合控制策略,最后通过仿真验证了所提方案的可行性与有效性。     

基于电力电子变压器的新型贯通式同相供电变流器

本文在对同相供电系统分类研究的基础上提出了一种基于单相-单相电力电子变压器(PET)的新型贯通式同相供电变流器电路拓扑。相对于传统的基于工频变压器的同相供电变流器方案,该拓扑可以取消工频变压器,并大幅减少低频滤波电感数量;相对于模块化多电平变流器(MMC)的方案,所提出的拓扑所需储能电容和低频滤波电感数量均可减少60%以上,而功率半导体数量几乎不变,可显著提升系统功率密度,降低系统造价。此外,当单台PET故障时系统可继续降额运行,而非系统全部停运,可靠性高。本文分析了所提出拓扑的工作原理并设计了控制策略。在所搭建的基于单相-单相PET的20MV·A贯通式牵引同相供电变流器模型上的仿真结果验证了该拓扑的正确性和有效性。     

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。     

节能型锂电池测试系统前端变流器的研究

针对传统高耗能的锂电池测试系统,提出了一种新型节能分布式电源系统。由前端双向交-直流变流器和后端双向直-直流变换器构成。系统中锂电池充放电能量大多数内部循环,而少量经前端变流器与市电交换。前端交-直流变流器采用双环控制方案,详细分析了内部电流环和外部电压环控制特性,控制器的选择和控制参数的设计。样机的实际测试表明系统稳定,且控制设计合理。     

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。