三电平地铁再生制动能量回馈变流器的研制

发布时间：2021-01-19 20:38

　　城市地铁站间距短,列车启停频繁,列车再生制动产生的能量相当可观。对再生制动能量的利用近年来广受关注。再生制动能量回馈方式弥补了现有牵引供电系统的短板,建立了交直流系统间的能量通路,同时兼具补偿无功功率的功能,现已在地铁现场广为应用。两电平拓扑能馈变流器使用3300V电压等级的功率开关器件,开关器件价格高、开关频率低,导致网侧滤波电感体积、噪声大等问题。本论文针对两电平能馈变流器存在的问题,开展三电平能馈变流器的研发工作,主要工作如下:主电路拓扑选择。分析目前多电平领域常见的级联H桥、飞跨电容、T型中点箝位、二极管中点箝位拓扑的工作原理及特点,针对地铁运用环境,得出二极管箝位拓扑成本低、开关器件电压应力小等特点。综合稳定性、经济效益等因素选择二极管中点箝位拓扑。接着根据设计要求,计算了直流侧分压电容、滤波电路的参数计算与器件选型;控制策略及仿真。首先研究变流器的控制方式,针对地铁运用环境选用基于电网电压定向的直接电流控制方案,同时计算能馈启动电压用于电压外环给定以及电流指令的生成方式;其次,分析三电平的SPWM与SVPWM调制方式,建立了两者之间的等效关系;针对中点电位偏移问题,研究了开... 

【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景
    1.2 牵引供电系统概述
    1.3 地铁再生制动能量的利用方式
        1.3.1 飞轮储能方式
        1.3.2 超级电容储能方式
        1.3.3 逆变回馈方式
        1.3.4 两电平能馈变流器存在的问题
    1.4 论文的研究内容
第2章 变流器拓扑选择
    2.1 地铁再生制动能馈变流器拓扑选择
    2.2 二极管箝位三电平变流器工作原理分析
    2.3 主电路参数设计与仿真
        2.3.1 输入电器参数计算
        2.3.2 功率器件选型与损耗计算
        2.3.3 直流侧支撑电容计算
        2.3.4 LCL滤波器参数计算
        2.3.5 主电路参数仿真
    2.4 本章小结
第3章 能馈变流器控制算法设计
    3.1 变流器控制策略
        3.1.1 能馈启动电压的计算
        3.1.2 电流指令的生成方式
        3.1.3 电流内环控制
        3.1.4 仿真验证
    3.2 变流器调制策略
        3.2.1 SPWM调制
        3.2.2 SVPWM调制
        3.2.3 注入零序分量的等效SVPWM调制
        3.2.4 仿真验证
    3.3 变流器直流侧电容均压控制策略
        3.3.1 开关状态对中点电位的影响
        3.3.2 电压均衡控制策略
        3.3.3 仿真验证
    3.4 本章小结
第4章 硬件电路设计与软件设计
    4.1 能馈变流器控制电路设计
        4.1.1 变流器控制核心板
        4.1.2 信号调理板设计
    4.2 系统程序设计
        4.2.1 ARM程序设计
        4.2.2 FPGA程序设计
        4.2.3 上位机监控设计
    4.3 本章小结
第5章 能馈系统实验验证
    5.1 能馈系统实验验证
        5.1.1驱动及死区测试实验
        5.1.2开环实验
        5.1.3 电流闭环控制实验验证
        5.1.4 并网实验验证
        5.1.5 能馈实验验证
    5.2 本章小结
结论与展望
致谢
参考文献
硕士期间发表论文及科研情况



本文编号：2987672