混合动力动车组网侧变流器的研究

发布时间：2017-10-12 14:53

  本文关键词：混合动力动车组网侧变流器的研究

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【摘要】：混合动力动车组是一种具有两种动力输入的新型动车组车型,可以采用接触网供电或动力电池(柴油发电机)等不同供电方式。其中,网侧变流器作为连接交流接触网与牵引逆变器/DCDC电池控制器之间的接口,采用了单相PWM整流器的拓扑,具备能量双向流动、直流电压可控、交流谐波含量低等优点。在列车牵引时网侧变流器将交流电整流成直流电,为牵引逆变器提供稳定的直流电压；列车制动时,网侧变流器将列车的制动能量进行逆变,回馈到电网,实现了能量的回收利用。本文对混合动力动车组网侧变流器的主电路及控制技术展开研究,并通过大量的仿真和实验进行了验证。 首先,对高速动车组的网侧变流系统方案进行研究。分别介绍了CRH1、CRH2、 CRH3、CRH5型动车组的编组情况以及牵引供电变流系统的结构,并重点对比分析了每种车型网侧变流器的主电路拓扑的优缺点。最后结合混合动力动车组的供电模式特殊性,提出了混合动力动车组网侧变流器的主电路结构,并明确了系统的设计参数。 其次,结合网侧变流器的主电路拓扑结构,在分析了主电路的工作原理以及每个元件在电路中所起的作用后,提出了网侧变流器等比例样机主电路参数设计方法与等效原则,并结合网侧变流器的实际参数进行了计算,搭建了等比例的小实验样机。借助Matlab仿真和实验进行了验证,结果表明,采用该等效原则设计的等比例样机在动静态特性上都与实际系统具有很好的一致性。 再次,对网侧变流器的控制策略进行了研究。首先介绍了三相PWM整流器在静止坐标系和旋转坐标系下的数学模型,从而引出单相PWM整流器在旋转坐标系下的控制模型,并介绍了控制器的参数设计方法。然后分析了传统的基于同步旋转坐标系下的控制策略,并提出了一种改进后的构造虚拟正交坐标轴的方法,使系统能够更快的跟踪实际电流的变化,改善了系统的动态特性。基于此同时也介绍了软件锁相环的设计和载波移相控制方法。通过仿真验证了改进型控制策略比传统型存在的优势。 最后,参与搭建了基于混合动力动车组牵引供电变流系统的实验平台,重点进行了网侧变流器的本体功能实验,包括基本动静态特性、载波移相、功率温升等实验。并参与实现了与牵引传动系统的联调、以及与DCDC动力电池模拟过分相区的配合联调。通过对大量实验波形和数据的分析总结,验证了本文提出的主电路结构和控制策略的有效性,以及理论分析的正确性。
【关键词】：混合动力动车 网侧变流器 PWM整流器 等比例样机 双闭环控制
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 国内外高速动车组发展11-13
• 1.1.1 国外高速动车组发展11-12
• 1.1.2 国内高速动车组发展12-13
• 1.2 混合动力动车组及网侧变流器研究现状13-16
• 1.2.1 混合动力动车组的介绍13-15
• 1.2.2 网侧变流器的研究现状15-16
• 1.3 本文主要研究内容16-19
• 2 高速动车组网侧变流系统方案研究19-31
• 2.1 CRH动车组网侧变流系统比较分析19-27
• 2.1.1 CRH1型动车组网侧变流系统19-22
• 2.1.2 CRH2型动车组网侧变流系统22-24
• 2.1.3 CRH3型动车组网侧变流系统24-25
• 2.1.4 CRH5型动车组网侧变流系统25-27
• 2.2 CRH动车组网侧变流系统小结27-28
• 2.3 混合动力动车组网侧变流系统设计方案28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 网侧变流器等比例样机主电路研究与设计31-47
• 3.1 主电路参数折算方法31-39
• 3.1.1 PWM整流器主电路工作原理31-33
• 3.1.2 系统基本电气参量基准值的选定33-34
• 3.1.3 交流侧电感折算34-36
• 3.1.4 次谐振支路参数折算36-37
• 3.1.5 直流支撑电容折算37-39
• 3.2 等比例样机设计结果39-40
• 3.3 仿真对比验证40-44
• 3.4 样机实验44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 4 网侧变流器控制策略研究47-73
• 4.1 PWM整流器的建模及控制参数设计47-55
• 4.1.1 PWM整流器静止坐标系数学模型47-49
• 4.1.2 PWM整流器旋转坐标系数学模型49-50
• 4.1.3 PWM整流器控制参数设计50-55
• 4.2 并网控制策略的研究及仿真55-68
• 4.2.1 并网控制策略概述55-57
• 4.2.2 软件锁相环的设计57-60
• 4.2.3 基于同步dq旋转坐标系下的双闭环控制60-68
• 4.3 载波移相控制68-72
• 4.3.1 原理分析68-69
• 4.3.2 仿真对比验证69-72
• 4.4 本章小结72-73
• 5 实验平台及波形分析73-91
• 5.1 混合动力动车组牵引供电实验平台73-80
• 5.2 实验情况80-90
• 5.2.1 网侧变流器本体功能测试80-87
• 5.2.2 网侧变流器与其他系统的配合实验87-90
• 5.3 本章小结90-91
• 6 总结与展望91-93
• 6.1 结论91-92
• 6.2 未来工作展望92-93
• 参考文献93-97
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果97-101
• 学位论文数据集10

【参考文献】

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本文编号：1019318