【摘要】：作为一种新型的牵引方式,同相供电不仅可以将三相电转换为单相电为机车提供电能,还能解决电能质量问题。CPD(Co-phase Compensation Device,同相补偿装置)作为保障同相供电稳定、高效、安全运行的重要手段之一,可以对机车产生的谐波起到补偿作用。但是,由于CPD将产生高次谐波电流,因此必须选择适当的输出滤波器加以处理。输出滤波器LCL凭借谐波衰减能力强,成本低,结构简单的优势用于CPD的输出端进行滤波,但LCL输出滤波器为三阶系统,存在谐振问题。因此研究输出滤波器LCL参数设计方法、谐振抑制策略对同相供电系统具有重要意义。基于此,本论文展开如下研究:(1)分别建立输出滤波器LCL在三相静止坐标系下和离散状态下的数学模型,分析其工作原理,并提出CPD输出滤波器LCL研究中的约束问题。为后文参数设计及谐振抑制策略的研究提供理论基础。(2)针对同相供电系统中存在高次谐波问题,提出以电网侧THD(Total Harmonic Distortion,电流谐波畸变率)最小为目标的输出滤波器LCL参数设计方法。首先从机车电流、网侧电感、CPD输出电流整体角度出发,推导电网侧THD和CPD的RAF(Ripple Attenuation Factor,谐波衰减比)与网侧电感、LCL电容、LCL总电感、LCL总电感分配比之间的关系。其次以CPD补偿电流满足快速跟踪性、开关纹波电流满足抑制要求、LCL基波无功损耗满足限制条件来确定参数取值范围。THD最小为目标函数,RAF为约束,DIRECT(Dividing Rectangle Algorithm,分割矩形算法)进行求解,得到THD值最小时LCL滤波器的参数值。(3)针对输出滤波器LCL的谐振问题,本文重点分析探讨输出滤波器LCL的阻尼策略。首先探讨输出滤波器LCL产生谐振现象的原因,然后针对无源阻尼谐振抑制策略提出四种阻尼拓扑结构,并分析其性能,发现在LCL输出滤波器电容支路串联/并联电阻的拓扑结构更适合CPD系统进行谐振抑制。最后针对两种阻尼方式,从系统稳定裕度、谐波衰减特性、有功功率损耗三个方面进行分析探讨并仿真验证。针对有源阻尼法,分别对单状态变量反馈和虚拟电阻法进行分析研究,并提出改进的有源阻尼策略。最后结合同相供电系统进行仿真验证三种有源阻尼策略的有效性。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN713
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本文编号：2765839
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