轨道车辆三电平储能充电多模控制策略研究

针对轨道车辆储能系统充电时间偏长的问题,提出一种三电平直流变换器多模控制策略.对三电平直流变换器的电路拓扑结构进行分析,总结控制策略的基本要求;提出恒流恒功率恒压多模控制策略,对控制策略状态切换点的选择时机进行系统分析,并对算法稳定性与充电时长进行理论推导;通过仿真实验对比所提策略与恒流恒压、恒功率恒压充电控制策略的充电效果,并进行实物实验验证.研究结果表明:该控制策略在保证储能系统稳定性和安全性的基础上集成了恒流、恒功率、恒压单一充电控制策略性能优势,实现了控制策略平稳切换及电压电流全过程控制,缩短13％充电时长,为储能系统控制策略的选择及实现提供了借鉴.     

基于双象限运行模式的能量回馈装置技术研究

针对地铁牵引供电系统提出一种基于双象限的能量回馈装置技术,可实现直流侧牵引网和交流侧电网之间能量的双向流动.通过对电网侧电流的矢量控制,在牵引网电压低于设定阈值时,装置处于整流牵引模式,向直流牵引网输出电能,降低牵引网供电的大幅度波动;在牵引网电压高于设定阈值时,装置处于逆变回馈模式,将列车制动产生的能量通过变流装置进...     

基于PWM整流器的交流调速系统的仿真

将PWM整流技术引入交流调速系统。在PWM整流侧采用直接功率控制技术，实现交流侧的高功率因数；电机控制采用矢量控制技术，实现电机调速的高性能。通过Matlab／Simulink仿真，可以验证这种调速策略可以实现整个系统的功率因数接近于1，减少对电网的污染，并且可以保证电机有着优良的调速性能。     

兼具柔性直流输电功能的移动式直流融冰装置的研制

介绍了兼具背靠背柔性直流输电(VSC-HVDC)功能的移动式直流融冰装置的设计和试验情况,讨论了该装置的主电路结构,设计了多重化VSC的载波移相控制、PWM整流控制和恒流斩波控制,分析了串联型背靠背VSC-HVDC的控制方法,并介绍了装置的保护策略和试验方案。试验结果表明,所设计的控制方法是正确、有效的,装置完全能满足电网融冰抗灾的要求,并可进行中小功率的柔性直流输电。     

200 kA铝电解系列整流装置谐波治理研究

分析了某200 kA铝电解系列整流装置网侧谐波电流和功率因数情况,介绍了滤波器的设计原理,并针对整流装置的谐波状况设计了一种单调谐滤波器加高通滤波器的滤波结构.实践证明该滤波装置运行效果良好,能满足谐波治理和功率补偿要求.     

双向变流装置运行性能测试分析

目的：当前，在我国建设节约型城市轨道交通的背景下，需对城市轨道交通供电系统中车辆再生制动产生的电能利用问题进行研究。方法：以徐州地铁某含双向变流装置的实际线路为例，分析了整流机组与双向变流装置协同工作方案(整流+双向变流方案)的外特性，即恒压外特性和下垂外特性；对完全采用双向变流装置的方案(全双向变流方案)进行了运行性能实测分析；对含双向变流装置的车辆段进行了无功补偿分析。结果及结论：在恒压外特性下，随着启动电压从1 550 V升至1 650 V,相同条件下双向变流装置的整流输出功率有所增加，整流机组输出功率有所减小；当双向变流装置分别与12脉波及24脉波整流机组协同运行时，其整流输出功率依次减少；双向变流装置能代替整流机组独立运行，实现整流和逆变功能；当双向变流装置补偿的无功功率依次增大为0.50 Mvar、1.00 Mvar时，监测主所110 kV侧的容性无功功率均值依次减少了0.49 Mvar、1.00 Mvar,验证了双向变流装置无功补偿功能的有效性。     

直流集中供电技术在地铁车辆段照明中的应用

目的：为解决目前地铁车辆段天棚照明灯具由于安装高度高、下有接触网，存在维修困难、施工复杂的问题，同时为解决普通交流LED(发光二极管)灯具不具备调光节能能力而存在电能浪费的问题，以及为解决交流LED灯具小功率分布式整流回路上电能质量较差的问题和解决交流LED灯具智能化管控通信管线布置麻烦、调试困难等问题，故将智能化直流集中供电照明技术应用在车辆段照明中。方法：传统交流配电箱变换为智能化直流集中供电柜，集成了集中整流、回路配电、照明智能化控制等功能。通过前端大功率集中整流，代替了传统交流LED小功率分布式整流方式；同时采用直流电力载波作为供电柜至灯具的通信控制方案，减少了通信控制线的布置；通过整流模块输出电压耦合纹波信号，下发控制指令，以实现直流电力载波的通信。结果及结论：通过采用智能化直流集中供电照明方案，减免了灯具通信线的布置，实现了稳定可靠的智能化调光控制，直流柜的电能质量得到提高，使交流供电侧功率因数上升、三相电流不平衡度减小、电网谐波含量下降，照明系统用电综合效率得以提升。实际运行数据表明，智能化直流集中供电应用于地铁车辆段照明后解决了天棚照明中存在的问题，使设备成本小幅下降、...     

交错式双Buck单相整流器拓扑与参数设计

传统的单相整流器为升压变换模式,在低压应用场合,需要在整流器输出端增加额外的降压环节。双Buck单相整流器能够直接实现单级降压整流,同时具有功率解耦功能,能够实现对直流侧二次电压纹波的抑制。文章首先对传统整流器存在的二次功率耦合问题进行分析,然后围绕交错式双Buck整流器的工作原理及硬件参数设计展开研究。在此基础上,提出了基于单载波的交错式脉宽调制方法来简化控制器设计,最后通过试验对交错式双Buck单相整流器的单级降压整流、功率解耦和交错式脉宽调制功能进行了验证。     

10kVA虚拟同步电机双向直流变换器的设计

虚拟同步电机由逆变器、直流变换器和系统电源3个部分构成,与电网并联后既可以向网侧发送能量也可以从网侧吸收能量,所以直流变换器的设计要求是允许能量的双向流动。提出了采用2个IGBT串联,在低压侧引出中线串入升压电感的方案。试验表明该方案能实现直流变换器的升压和降压的主动切换控制,实现能量的双向流动和稳定中间直流电压。该设计的控制方法简单,稳压精度高,能满足10 k VA新型虚拟同步电机稳压储能部分的设计要求。     

城市轨道交通飞轮储能系统控制策略研究

为了解决城轨列车频繁牵引、制动造成的网压波动和能量浪费问题,针对应用于城市轨道交通的飞轮储能系统,提出一种基于牵引网直流侧电压的充放电控制策略,采用均速控制方法调节飞轮阵列因工艺与环境不同造成的转速差异,并在现有控制策略的基础上提出空载网压辨识算法,确保飞轮在中压环网电压波动时仍能正确动作。最后以北京地铁房山线为例,对含飞轮储能系统的牵引供电系统进行建模和仿真分析,并在牵引变电所接入飞轮储能装置进行现场实验。研究结果表明：接入飞轮后,牵引网压峰谷差值降低了33.2%,牵引变电所输出能量减少了23%,验证了控制策略的可行性和飞轮储能系统的稳压节能效果,为飞轮储能系统在城市轨道交通领域的进一步应用提供参考和借鉴。     

新型城市轨道直流牵引供电系统研究

针对城市轨道牵引供电系统中供电臂末端电压偏低、供电距离短等问题,提出了通过改进原有直流牵引变电站24脉波整流机组输出电压,再通过Buck电路降压至牵引供电所需电压,并在两所变电站的中点增设一组由PID控制电路控制的Buck变换装置给牵引负荷供电,从而达到提高供电臂末端电压和延长供电臂的目的。在提出设计原理的基础上基于Matlab/Simulink搭建仿真模型,通过比较原有直流牵引供电系统和新型直流牵引供电系统的供电能力,从理论上验证了该方案的有效性,为今后的城市轨道牵引供电系统的设计提供参考。     

储能式无轨电车DC/DC非线性控制策略的研究

在超级电容储能式无轨电车的充电控制系统中,外部的扰动会使得控制系统的输出控制性能降低,从而导致系统的噪声放大。为了增强控制系统的鲁棒性和自适应能力,基于跟踪微分器提出了一种新型的非线性控制方法,提高了超级电容储能式无轨电车的充电控制性能,优化了系统的输出电流电压的控制曲线。针对控制参数变化和调节的问题,加入Ziegler-Nichols的频域响应法(简称ZN法)来整定控制参数。通过仿真及试验分析,验证了所提控制算法的有效性,对于系统的输出控制性能有明显的提升,解决了系统快速性和超调之间的矛盾,从而实现了超级电容储能式无轨电车高效快速地充电。     

基于直流配电与控制的城市轨道交通照明设计与应用

苏州轨道交通5 号线正线采用基于直流配电与控制的智能照明系统,用直流为LED 灯具供电。阐述采用直流供电的背景原因及应用方案,将高频开关可控整流电源模块作为直流电源,选用IT 接地系统。根据整流电源模块的输出特性,制定一种基于曼彻斯特编码规则的调光协议,通过直流低频载波通信方式进行指令传输,对灯具进行控制。提出一种以小容量整流电源模块为电源的配电系统短路故障保护方式。通过分析直流电对线缆绝 缘空间电荷的影响,表明低压直流配电选用常规交流线缆产品可满足线缆绝缘安全的要求。在地面站阳澄湖南站的屋顶设置一套小容量分布式光伏发电系统,将直流并网至车站直流照明微电网,实现多端口再生能源接入系统应用。苏州地铁5 号线已于2021 年6 月通车运行,目前直流照明系统运行平稳。     

城市轨道交通直流自耦变压器牵引供电系统

现有城市轨道交通直流牵引供电系统普遍采用走行轨回流,存在危害性很大的长时间迷流,且防不胜防。提出一种新的直流牵引供电系统,即直流自耦变压器(DCAT)牵引供电系统,能很好地解决轨道电位和迷流问题。以传统的直流牵引供电系统为基础,增加由电力电子开关和直流电容器构成的DCAT及回流线,构成DCAT牵引供电系统。分析表明,DCAT牵引供电系统不仅能解决轨道电位和迷流,还可兼作储能装置,将列车再生制动时的能量回收再利用,同时,在线路绝缘耐压和车辆供电电压不作任何改动的情况下,DCAT牵引供电系统牵引网的电压是传统直流牵引供电系统牵引网电压的2倍,可大大减少线路的电压损失和线路损耗,从而进一步提高能源利用效率。     

城市轨道交通牵引变电所主结线方案研究

城市轨道交通直流牵引供电系统中用电和发电同时存在,其负荷属于典型的脉冲大功率负荷,其牵引变电所应至少具有整流、功率平衡和牵引网电压控制3种基本功能。依据功能需求决定主结线方案的基本原则。综合技术经济因素分析比较了几种典型主结线方案,给出了2种性能优良和经济适用的牵引变电所主结线方案。鉴于目前大功率功率控制器件和储能介质的发展水平,综合技术经济因素,牵引变电所宜采用多重化二极管整流与逆变回馈或者储能装置组合的主结线方案。     

内燃机车新型辅机控制装置设计

详细介绍了基于单片机的内燃机车新型辅机控制装置的设计,采用数字PID控制方法调节辅助直流发电机励磁绕组的电流,实现恒压限流控制,结构设计方面强化了MOS管散热与电磁兼容性能,具有输出电压稳定、各种保护功能全面、调试与扩充升级方便等优点。     

机车车辆充电机用移相全桥ZVS PWM变换器的设计

为提高传统铁路机车车辆充电机的功率密度,必须提高其开关频率和效率,而简单的提高开关频率会增加功率器件的开关损耗,因此需要采用软开关技术。文章介绍了一种机车车辆充电机的核心部件——加箝位二极管的零电压开关PWM倍流整流全桥变换器。该变换器的优点是可以利用输出滤波电感和谐振电感在宽负载范围内实现开关管的零电压开关,利用箝位二极管可以有效消除二次侧整流管上的电压尖峰和振荡,同时采用倍流整流技术可优化变压器和输出滤波电感的设计。文章详细分析了该变换器的工作原理,利用Saber仿真软件对其进行仿真分析,最后通过一台输入DC540V、输出DC28V/400A的工程样机进行了实验验证。     

单相逆变器谐波传导特性与采样方式影响研究

单相H桥逆变器由于其结构模块化、控制简单、易扩展特性，广泛应用于新能源并网技术并起到至关重要的作用。但其直流侧谐波会耦合到交流侧对交流系统造成影响，严重时会威胁系统的安全运行。本文基于H桥工作原理，结合采样方式建立SPWM调制模型，依据傅里叶级数分析法，推导逆变器输出电压的各次谐波表达式。通过建立逆变器输出电压与开关函数之间的数学关系，针对实际工况逆变器直流侧含有谐波源的情况，提出一种谐波传导定量分析方法，实现精确得到不同采样方式下逆变器直流侧含有谐波时输出交流电压的各次谐波表达式，以及揭示谐波从直流侧传递到交流侧机理的目的。     

交流传动互馈试验平台整流器研究

介绍了用于交流传动互馈试验平台的PWM整流器系统主电路的设计及参数选择。在以DSP为核心的控制系统上,实现了PWM整流器的同步PI电流控制。仿真与试验表明该系统不但能够提供稳定的直流电压,而且可实现网侧低谐波正弦电流控制、功率因数高以及电能的双向传输。应用于互馈试验平台中,该整流器只需提供系统的损耗功率,大大降低了整流器容量,使得采用中小功率的三相桥式四象限变流器即可完成对中大功率的试验平台供电。     

城轨供电双线圈接入式中压能馈系统研究

城市轨道交通车辆再生制动能量的有效吸收利用是牵引供电技术发展的一个重要课题。本文提出了一种新型城轨供电双线圈接入式中压能馈系统,逆变回馈装置从整流变压器1 180 V侧双线圈接入供电系统,制动能量通过整流变压器回馈到35 k V中压电网,从而实现节能效果。本文主要从能馈型再生制动装置方案设计出发,着重介绍了系统的数学模型、控制策略及控制逻辑等内容。为验证方案可靠有效,利用Matlab/Simulink仿真平台搭建仿真模型,重点对共用整流变压器方案时1.8 MW间歇循环峰值时直流母线电压波形,整流支路电流波形,能馈系统回馈效率,交流侧AC 35 k V相电压、相电流、功率因数及谐波这几个方面进行分析。仿真结果表明:该方案能可靠稳定的实现能量回馈功能,能馈过程中各性能指标良好,对整流机组的正常运行没有影响。