摘要：我国现有电气化铁路单相工频供电系统有着三相不平衡、电分相、能量回馈效率低、向公共电网注入无功及谐波电流等不足。同时,由于采取相序轮换的供电方式,使得接触网有着电分相环节,降低了机车运力和安全性。现有的解决案例是为牵引变压器并联电能质量补偿装置,属于被动补偿的方式,且无法彻底取消电分相。本论文基于一种无牵引变压器新型同相供电系统拓扑,着力于探讨该新型拓扑在电气化铁路牵引供电系统中运用所面对的一系列关键性不足。无牵引变压器新型同相供电系统,是由电力电子变换装置直接形成接触网的单相供电电压,实现电能质量的主动治理。本论文以谐波、无功、负序电流及并联等方面对该拓扑特性进行探讨,并指出其运用于电气化铁路牵引供电系统中的优越性。单相H-H功率单元是本课题中新型同相供电拓扑的基本组成单元。针对兆瓦级功率单元单相PWM整流器,本论文提出一种基于输入电压、直流母线电流、直流母线电压全前馈的功率单元整流侧制约对策,旨在解决大功率变流系统稳定性与动态响应性能之间的矛盾,以满足机车负载频繁、快速变化的特点；针对大功率运用场合开关频率低影响制约性能这一共性不足,提出一种准自然采样策略,缩短系统制约周期和调制滞后,使调制效果极大地接近自然采样法,并给出该调制对策的适用范围；为解决低开关频率系统输入电流中开关动作造成的电流纹波过大的不足,提出多个功率单元整流侧载波移相制约对策；最后,提出优化的数字锁相策略以及抑制单相系统瞬时功率波动的数字滤波器设计策略,以形成一套完整的单元制约对策。为取消电分相环节,必须使各台牵引供电装置的输出侧能够通过接触网实现并联供电,而同相供电系统的核心目标就是实现多台同相供电装置之间的贯通式并联供电。本论文对电气化铁路同相供电系统的并联环流不足进行了深入浅析,指出当前电气化铁路供电系统无法彻底取消电分相的理由；建立了并联系统的环流模型,并明确提出同相供电中的特殊性不足及制约目标；基于无互连线的制约思想,提出一种多台同相供电装置并联制约对策,在为接触网提供电压支撑的同时抑制环流；针对电气化铁路不间断供电的要求,对本系统的容错性进行了浅析及设计。本论文给出了完整的工业样机系统参数及主回路设计案例,并建立了包含人机界面、主控单元、plc、下位机、采样板等模块的制约系统。针对大功率系统中IGCT的运用,指出了其中的关键性不足,并给出了吸收电路、死区补偿、驱动保护等特殊性不足的解决案例。最后,进行了功率单元整流侧实验及三单元串联同相供电实验,实验结果完全满足设计指标,设备运转稳定、可靠,为无牵引变压器同相供电系统的进一步探讨和工业运用奠定了基础。关键词：新型同相供电论文单相PWM整流器论文全前馈制约论文逆变器并联论文IGCT论文
摘要3-4
Abstract4-8
1 绪论8-19
1.1 探讨背景及作用8
1.2 同相供电系统国内外探讨近况8-16
1.3 本课题主要探讨内容16-19
2 无牵引变压器新型同相供电拓扑探讨19-33
2.1 无牵引变压器新型同相供电拓扑19-21
2.2 无牵引变压器同相供电拓扑谐波浅析21-28
2.3 其他衍生拓扑28-32
2.4 本章小结32-33
3 同相供电装置中功率单元的制约对策探讨33-74
3.1 低开关频率下的调制对策探讨33-40
3.2 数字滤波器的探讨40-45
3.3 单相PWM整流器的数学模型45-50
3.4 单相PWM整流器全前馈制约对策探讨50-57
3.5 单相PWM整流器仿真57-66
3.6 一种优化的数字过零锁相策略66-69
3.7 死区补偿对策探讨69-71
3.8 整机输入电流谐波消除策略71-73
3.9 本章小结73-74
4 多台同相供电装置并联制约对策探讨74-120
4.1 同相供电装置并联的特殊性不足74-79
4.2 无牵引变压器同相供电并联系统建模79-81
4.3 同相供电装置逆变侧并联制约对策探讨81-89
4.4 同相供电系统容错性设计89-92
4.5 同相供电装置逆变侧并联仿真及浅析92-118
4.6 本章小结118-120
5 无牵引变压器同相供电系统工业样机设计120-143
5.1 工业样机系统参数设计120-127
5.2 制约系统硬件设计127-132
5.3 制约系统软件设计132-136
5.4 系统故障分类及保护对策探讨136-142
5.5 本章小结142-143
6 实验结果及浅析143-158
6.1 功率单元PWM整流器实验143-149
6.2 三单元级联同相供电样机实验149-156
6.3 大功率单相电力电子负载实验策略156-157
6.4 本章小结157-158
结论158-159
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