同相供电系统中单相半桥三电平交直交变换器研究

发布时间：2017-09-15 04:12

  本文关键词：同相供电系统中单相半桥三电平交直交变换器研究

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【摘要】：传统牵引供电系统存在无功、负序、谐波、不平衡的问题,同时存在电分相的问题,这严重制约了机车高效运行。同相供电系统作为一种新型的牵引供电系统,成功解决了电能质量问题,同时解决了电分相问题。本文研究了同相供电系统中单相半桥三电平交直交变换器,并从理论分析、仿真、实验三个方面验证了系统的可行性。本文首先介绍了牵引变压器的选择,经过对各种变压器结构、工作原理、功率分析,最后采用YNvd平衡变压器；研究了单相半桥三电平交直交变换器的拓扑结构和原理,控制变换器输入的电流为负载有功电流的一半,输出的电流为负载有功电流的一半、全部无功电流；对瞬态电流控制策略的数学模型和原理进行研究,设计了在变换器输入侧采用瞬态电流控制策略控制直流侧电压稳定,且输入侧功率因数为一；对基于单相d-q坐标系控制策略的数学模型和原理进行研究,设计了在变换器输出侧采用基于单相d-q坐标系控制策略控制输出侧电流等于检测值。在上述研究的基础上,利用Matlab/Simulink仿真平台搭建了瞬态电流控制下单相半桥三电平整流器仿真模型、基于单相d-q坐标系控制下单相半桥三电平整流器仿真模型,最后搭建了基于单相半桥三电平交直交变换器的同相供电系统。在启动、空载、带载等情况下对直流侧电压,输入侧、输出侧电流进行了分析。仿真结果表明,采用瞬态电流控制策略可以实现变换器输入侧功率因数为一,且直流侧电压稳定；采用基于单相d-q控制策略可以实现输出侧任意功率因数控制,当控制输出电流为负载有功电流的一半、全部无功电流时,即可满足同相供电系统对补偿装置的补偿要求。最后,搭建了基于FPGA控制器的小功率实验平台,完成了瞬态电流控制下单相半桥三电平整流实验、基于单相d-q坐标系控制下单相半桥三电平整流实验和系统整体实验。实验结果进一步验证了系统的变换器结构、控制策略、调制策略的正确性,以及实现基于单相半桥三电平交直交变换器的同相供电系统的可行性。
【关键词】：同相供电系统 单相半桥三电平交直交变换器 瞬态电流控制 基于单相d-q坐标系控制
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM922.3;TM46
【目录】：

• 摘要6-7
• abstract7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究背景和意义11
• 1.2 同相供电系统的研究现状11-15
• 1.2.1 传统牵引供电系统存在的问题11-12
• 1.2.2 同相供电系统研究现状12-15
• 1.3 多电平变换器的研究现状15-17
• 1.4 基于多电平变换器的同相供电系统发展趋势17-18
• 1.5 本文研究的主要内容18-19
• 第2章 同相供电系统的原理19-28
• 2.1 牵引变压器的选择19-23
• 2.2 基于单相半桥三电平变换器的同相供电系统23-27
• 2.2.1 单相半桥三电平整流器23-25
• 2.2.2 单相半桥三电平交直交变换器25-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第3章 单相半桥三电平交直交变换器的控制策略28-35
• 3.1 有功、无功的检测方法28-29
• 3.2 PI控制器29-30
• 3.3 瞬态电流控制30-31
• 3.4 基于单相d-q坐标系的控制31-33
• 3.5 本章小结33-35
• 第4章 仿真验证35-52
• 4.1 YNvd平衡变压器仿真35-36
• 4.1.1 仿真模型和参数35-36
• 4.1.2 仿真结果分析36
• 4.2 有功、无功检测算法仿真36-38
• 4.2.2 有功、无功检测算法仿真模型和参数36-37
• 4.2.3 有功、无功检测算法仿真结果分析37-38
• 4.3 瞬态电流控制下单相半桥三电平整流器仿真38-42
• 4.3.1 仿真模型和参数38-40
• 4.3.2 仿真结果分析40-42
• 4.4 基于单相d-q坐标系控制下单相半桥三电平整流器仿真42-46
• 4.4.1 仿真模型和参数42-43
• 4.4.2 仿真结果分析43-46
• 4.5 同相供电系统仿真46-51
• 4.5.1 仿真模型和参数46-48
• 4.5.2 仿真结果分析48-51
• 4.6 本章小结51-52
• 第5章 实验验证52-62
• 5.1 FPGA与Verilog HDL语言52
• 5.2 实验总体方案设计52-54
• 5.3 单相半桥三电平整流实验54-58
• 5.3.1 瞬态电流控制下的整流实验54-55
• 5.3.2 基于单相d-q坐标系控制下的整流实验55-58
• 5.4 同相供电系统实验58-61
• 5.5 本章小结61-62
• 结论和展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68
• 附录68-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果69

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本文编号：854228