电力电子牵引变压器无电流传感器均流控制方法研究

选用级联H桥变换器和双有源桥式变换器的电力电子牵引变压器存在直流电压平衡控制和输出电流均衡控制问题,即功率平衡控制问题。针对此问题,本文提出一种功率平衡控制策略,该控制策略由电压平衡控制方法和基于双有源桥式变换器的无电流传感器均流控制方法两部分组成。其中,所提出的无电流传感器均流控制方法依据双有源桥式变换器的功率表达式得出,该方法使用计算电流值替代实际电流值来完成均流控制。构建系统仿真模型,对所提出的功率平衡控制策略进行了仿真研究。设计并搭建了两个功率单元组成的实验平台,对上述控制策略进行了实验研究。仿真与实验结果一致,验证了本文所提出的电压平衡控制方法及无电流传感器均流控制方法的正确性和有效性。     

单相级联H桥整流器无锁相环瞬态直接电流控制

无工频变压器牵引传动系统是高速动车组轻量化的发展趋势。以无工频变压器牵引传动系统前端单相级联H桥整流器为研究对象,取消了网侧电压锁相环,实现网侧电流实时跟踪网侧电压为目的,建立了单相级联H桥整流器的数学模型;根据瞬时有功电流的定义,提出了一种无锁相环瞬态直接电流控制方法,实现了非理想电网电压情况下网侧电流对电压的实时准确跟踪控制;并在此基础上,提出了无锁相环直流侧电容电压均衡控制方法,解决了负载不平衡时直流侧电容电压不平衡的问题。最后,对所提出的无锁相环瞬态直流电流控制方法进行了计算机仿真,仿真结果验证了该算法的正确性和有效性。     

级联型H桥整流器电容电压平衡的研究

以电力电子变压器中的前端整流器为研究对象,通过单相级联型H桥整流器的等效模型,采用瞬态直接电流控制,将有功电压分量修正的直流电压平衡方法用于单相级联型H桥整流器中。以7电平级联型H桥整流器为例,在Matlab/Simulink中建立仿真模型,仿真结果表明本文所采用的基于有功电压分量修正的电容电压平衡控制是有效的,并且易于扩展。     

基于矢量控制的双有源桥DC-DC变换器

双有源桥DC-DC变换器(Dual Active Bridge,简称DAB)是电力电子变压器取代传统变压器的核心器件,为了提升DAB的动态响应速度,在单移相的基础上,结合两电平PWM模型,提出了一种矢量控制策略。通过将高频变压器高压侧电流变为d-q坐标矢量,对DAB低压侧输出电压和无功电流进行控制。该控制方法可以提升动态响应速度,保证功率平衡并减小损耗。最后,在Matlab/Simulink仿真平台建立了DAB矢量控制模型。结果表明,DAB DC-DC变换器在矢量控制策略下,有更快的动态响应速度,对无功电流有良好的控制效果。     

基于V/v牵引变压器的新型电能质量治理装置研究

为解决高速、重载铁路V/v牵引变压器供电系统功率因数低、负序高、高次谐波污染等电能质量问题,提出了一种新型电能质量治理装置,分析了其电气拓扑结构及工作原理,研究了级联H桥均压和补偿电流实时跟踪控制方法及基于能量平衡的双主动桥功率控制策略,并通过仿真验证了该装置拓扑结构及控制策略的可行性和优越性。     

基于级联-并联变换器的贯通式牵引变电所系统研究

为了解决既有电气化铁路存在的电分相、无功、负序与谐波问题,以及贯通式牵引变电所容量问题,提出一种基于级联-并联变换器的贯通式牵引变电所系统。牵引变电所采用二极管钳位型三电平NPC变换器作为基本结构,同时采用变换器级联和并联实现牵引变电所的容量提升,通过载波移相空间矢量脉宽调制SVPWM策略控制变换器输出电压。深入分析变电所内变换器并联产生环流的原因,设计了将双闭环控制与下垂控制策略结合的共享同步信号环流抑制策略,并首次应用于级联-并联变换器的牵引变电所系统,抑制系统内环流。通过仿真验证该结构的可行性,并通过小功率实验平台验证控制策略与调制策略的正确性。     

基于级联H桥变流器的牵引网谐波阻抗测量装置

电力机车高次谐波电流引发的牵引网谐振事故影响电气化铁路安全运行,深入研究牵引网阻抗频率特性有重要意义。本文基于谐波注入干预法,提出一种可直接对牵引网谐波阻抗进行测量的测量装置实现方案。测量装置采用级联H桥变流器作为谐波发生器,控制系统采用分层控制结构。通过升压变压器向牵引网注入100~5 000 Hz不同频率的谐波电流,测量注入点处的电压、电流数据,估算牵引网谐波阻抗。仿真分析结果表明,本测量装置在设计频率范围内,能够获得准确的谐波阻抗,并且无需单独的整流环节作为直流电压源,结构简单,控制可靠。     

基于二极管箝位级联拓扑变流器的直驱风电用变流技术

直接驱动型风力发电系统需要全功率变流器作为与电网的接口，多电平变流器的应用得到了广泛关注。二极管箝位五电平级联H桥拓扑，结合了二极管箝位型多电平和级联H桥多电平的优势，只需较少的箝位二极管和独立直流电源，即可进一步提高输出电压等级；使用移相变压器和12脉波整流器作为输入电路.可以方便地应用在使用多相永磁同步发电机的直驱风电系统中。基于拓扑提出了消谐波SPWM和载波相移SPWM相结合的调制方法，能够方便地对二极管箝位级联拓扑进行控制，可以进一步提高等效载波频率，减小器件损耗和滤波器体积。仿真和实验结果证实了所采用的拓扑及其控制方法的有效性。     

一种新型级联型变换器三角载波控制算法的仿真分析

级联型多电平变换器作为一种应用于高压大功率变换场合的新型变换器，其控制方法是当前的一个研究热点。基于现有的研究成果和控制自由度组合思想，讨论了一种已有的多电平变换器三角载波PWM控制方法，根据它的优缺点．提出了一种适用于级联型多电平变换器的新型PWM方法，介绍了其原理和特点。为了比较新旧算法的控制效果，采用功能强大的Matlab软件进行仿真研究，仿真结果表明，所提出的新方法不仅保持了原有的良好谐波特性，而且能够有效提高直流电压利用率，减少开关损耗。     

基于虚拟磁链估算的单相级联H桥整流器无网侧电压传感器控制方法

针对应用于高速动车组电力电子变压器中的单相级联H桥整流器易受网侧电压传感器故障影响的情况展开研究,提出了基于虚拟磁链估算的单相级联H桥整流器无网侧电压传感器控制方法,并进行了仿真验证。首先建立了单相级联H桥整流器d-q坐标系下的数学模型,根据三相系统中无网侧电压传感器控制算法原理,提出了采用虚拟磁链估算的d-q电流解耦控制方法,解决了单相级联H桥整流器无网侧电压传感器控制问题;然后搭建相应仿真模型,模拟了整流器多种复杂工况,验证无网侧电压传感器控制算法的稳定性,同时与有网侧电压传感器控制算法进行了对比。仿真结果表明,无网侧电压传感器控制基本能够达到有网侧电压传感器时的控制性能。     

基于多电平变频器的有源电力滤波器

含独立电源的级联H桥多电平变频器具有每个H桥单元结构相同、易于实现模块化设计等优点，因而在无功补偿和有源电力滤波器等领域有广泛的应用前景。在并联有源电力滤波器（APF）系统中，由于直流侧不需要提供有功功率，可充分利用级联多电平变频器的优势及载波相移PWM技术良好的谐波传输特性。提出了一种基于多电平变流器的并联APF系统的电路拓扑结构，并在交直流控制策略和系统参数设计方面进行了分析。仿真和实验结果表明，此系统动态响应速度快、补偿性能良好，验证了理论分析的正确性和实验系统的可行性。     

基于Buck-Boost变换方式的逆变器

提出了一种基于Buck-Boost变换方式的逆变器。它能实现输出电压高于输入侧直流电压,克服在传统桥式逆变器拓扑中输出电压低于输入侧直流电压而造成的直流电压利用率低的问题。通过改变一个周期内的占空比,以改变单个双向Buck-Boost变换器的输出电压。两个相位相差180°的双向Buck-Boost变换器的输出电压相减即可得到较为理想的单相正弦波;三个相位相互相差120°的双向Buck-Boost变换器可实现三相逆变。可采用SPWM控制功率管的关闭与导通,控制方式采用外环电压环内环电流环的双环控制。仿真结果验证了提出的正弦波逆变器的可行与有效。     

模块化多电平换流器电容电压的一种平衡控制方法

介绍了模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的运行原理以及模块电容电压的平衡控制。考虑传统的单相桥臂平均电压控制可能会在外部干扰的情况下输出电压不平衡而导致波形畸变,结合载波移相调制方法提出了三相桥臂平均电压控制的方法,并对子模块电容电压采取比例积分调节,使得模块电容电压平衡在稳定的范围内。仿真验证了电容电压平衡控制的可行性。     

交流传动机车与直流传动机车混合运用条件下牵引网电压控制技术

在大秦重载铁路上,担当万吨和两万吨重载列车牵引任务的即有HXD1型、HXD2型交流传动电力机车,也有SS4型直流传动电力机车。由于这两种电力机车具有不同的电气负荷特性,在大秦线的部分区段,保持牵引变电所母线电压处在适当水平成为一个需要解决的技术问题。结合算例,本文给出因SS4型电力机车功率因数低而导致的网压降低和HXD1型电力机车再生制动引起的网压升高的仿真计算结果,分析电源短路容量、牵引变压器、无功补偿装置以及牵引网阻抗对网压变动的影响。对包括使用有载调压牵引变压器、有载调压自耦变压器、晶闸管控制串联变压器、串联电容器和功率平衡调节器等在内的不同改善网压技术方案进行比较。基于现代电力电子技术的功率平衡调节器不但能有效稳定网压还能综合治理电能质量,有望为该问题提供最佳解决方案。     

基于MMC的同相供电有源补偿器

针对电气化铁路存在的负序、谐波和无功的电能质量问题以及机车过分相问题,提出一种基于模块化多电平变换器MMC(Modular Multilevel Converter)的新型同相牵引供电系统。其较传统的同相供电系统优势在于:使用目前高铁普遍采用的结构简单的V/V变压器替代结构复杂的平衡变压器;APC采用三相换流器替代单相背靠背换流器,可节省一相换流器桥臂;三相换流器采用MMC结构,可省去降压隔离变压器。同时提出相应的控制策略用于补偿机车负载的负序、谐波和无功。仿真验证了新型同相牵引供电系统的正确性和有效性。     

电气化铁道感性容性无功不对称补偿方法研究

提出了由有源无功补偿结合固定并联滤波器应用于感性容性无功不对称的电气化铁道的方法,该方法既具有双向连续调节又具有节省投入无功发生器容量的优势。该补偿器结合PWM技术电流直接控制方法来控制逆变器的无功输入与输出,实时调节牵引变压器二次母线电压,克服了传统晶闸管控制电抗器的谐波问题,逆变器的工作容量仅为补偿容量的25％。最后通过仿真加以证明其可行性和有效性,并进行了经济比较分析。     

三电平逆变器无拍频控制策略研究

在高速动车组牵引传动系统中,当单相脉冲整流器工作时,会在主牵引传动系统的中间直流电路产生2倍于电网频率的脉动电流分量,该脉动电流传递到逆变器输出端会在牵引电机上产生拍频现象,引起转矩脉动和牵引电机过热。本文提出:若逆变器处于同步脉冲调制阶段而输出电压可调,可采用无拍频控制策略,根据与直流侧电压变化成反比例的关系调节参考电压幅值,保证输出波形的正弦性;若逆变器处于单脉冲控制阶段,逆变器输出电压恒定而频率可调,则可采用无拍频控制策略,瞬时改变逆变器的频率。模型仿真以及对小功率异步牵引电机系统的实验表明,这些策略使拍频现象得到较好的抑制。     

级联和应涌流对牵引变压器差动保护的影响分析

从牵引变压器励磁电压变化导致励磁电流变化的角度分析处于运行状态的牵引变压器级联和应涌流的发生发展过程,以及级联和应涌流对牵引变压器差动保护的影响。在变压器空投时,起始涌流流过系统电阻时使公共节点上的电压出现非周期波动,从而引起处于运行状态变压器的励磁电压发生变化,导致级联和应涌流的产生;级联和应涌流中的直流分量是引起电流互感器饱和、进而导致牵引变压器差动保护误动的主要原因。动模实验结果表明:仅依靠综合谐波制动判据是无法准确识别级联和应涌流的,应增加电流互感器饱和的识别或使用不易饱和的电流互感器。     

三相四桥臂微网变流器的离网运行控制

离网运行是微网系统的重要特征之一,在离网模式下,不平衡负载会导致系统电压的不平衡,并降低微网系统的运行性能。文章选择三相四桥臂作为微网变流器拓扑,并采用正序与负序双同步旋转坐标系下的电压闭环控制策略对负载电压进行调节,以及在此基础上采用三维空间矢量调制(3D-SVM)提高了变流器的直流电压利用率。搭建三相四桥臂微网变流器试验平台,并通过仿真与实验对所采用的控制策略进行验证。仿真与实验结果表明,采用该控制方法能够在负载不平衡的情况下校正负载电压,改善电压质量。     

功率平衡装置提高变压器容量利用率的工程应用研究

为有效提高电气化铁路牵引变压器容量的利用率,基于对牵引变压器过负荷状态进行的分析,研究功率平衡装置在实际工程中应用的可实施性,并利用计算仿真平台对其应用效果进行验证.通过在变压器2个绕组间设置功率平衡装置,将重载供电臂有功功率转移至轻载供电臂,使变压器2个绕组的负荷趋近相等,有功功率也趋近于平衡,提高了牵引变压器安装容量利用率,同时可有效改善高压侧电源电能质量,解决牵引变压器过负荷问题.