一种适用于轨道交通供电系统的PWM整流器并联电路与其控制策略的研究VIP专享VIP免费

一种适用于轨道交通供电系统的PWM整流器并联电路及其控制策略的研究摘要——现代电气化轨道交通多采用交直交供电系统，要求整流装置具有大功率、高功率因数、冗余设置等特点。本文根据轨道交通应用特点分析了适合该场合使用的一种双变压器并联输入的四重整流电路，建立了电路的数学模型和等效电路，分析了环流的数学模型，并提出了适合该电路应用的带环流抑制的控制策略。最后使用PSIM软件对系统进行了仿真分析。关键词-PWM整流器，并联控制，牵引供电Ⅰ引言在磁悬浮列车、高速铁路和城市轨道交通中往往使用大功率交直交供电系统。供电系统先对电网电压整流得到直流母线电压，再通过受电弓或受电轨输入给车载逆变器完成对牵引电机的控制。整流装置是整个供电系统中必不可少的环节，因此研究大功率、高性能、稳定可靠的整流装置对改善轨道交通供电系统和促进轨道交通技术的发展具有重要的意义。轨道车辆在启动和制动时产生的能量交换相当可观。据推算，城市地铁系统制动性的能量约为牵引能量的30%甚至更多。若能将这部分动能转化为电能并反馈回电网，就会起到很好的节能降耗作用。而在我国目前铁路和城铁供电系统中，早期建设时受到元件功率、技术制约，多采用二极管不控整流或晶闸管整流器提供直流母线电压。二极管整流装置不能实现能量双向流动，晶闸管整流装置在大功率应用中功率因数低、谐波污染严重等问题更加突出。PWM整流器不但可以实现能量的双向流动，而且可以工作在单位功率因数下。这样列车上也不用安装笨重的吸收电阻，降低了车重，减少发热，同时列车也可实现电气制动。PWM整流器使用的开关器件容量往往小于二极管和晶闸管，在大容量场合可以使用并联方案来提高输出功率。此外，轨道交通的安全性始终是放在第一位的，因此供电系统要实现冗余设置，这也适合多并联器的并联使用。【7】本为研究了一种两个变压器并联输入，各带两个整流器的电路拓扑，不但能实现并联供电提高功率，也能做到冗余设置，并研究了系统的数学模型和带环流抑制的控制策略。Ⅱ主电路建模及环流分析A．整体电路拓扑整体电路拓扑如图1-1所示。该电路采用两个三相Y/D/D变压器输入侧并联，各带两个三相桥式PWM整流器，四个整流器输出侧并联。两个变压器并联可以实现冗余设置，一台因故障停机，另一台可以继续供电。四个整流器各分担四分之一的功率，降低了器件选择的难度，适合用在大功率的场合。变压器的存在使并联输出的四个整流器不存在零序环流【5】，但需要一定的控制策略抑制变压器输入环流。图1-1主电路拓扑B．输入为变压器的单个PWM整流器建模及分析首先对图1-1中带输入变压器的一个整流器进行分析，然后再根据并联电路电压、电流关系到整个电路，分析整个电路的电压、电流，并建立输入环流数学模型。主电路中的一个带输入变压器的整流器电路拓扑如图1-2所示。图1-2单个整流器电路拓扑根据图1-2建立其等效电路如图1-3所示。图中1au、1bu、1cu是输入电压器原边电压；2au、2bu、2cu是输入变压器副边电压；aNu、bNu、cNu是整流器输入端a、b、c三点对输出侧N点电压。图1-3单个整流器等效电路根据等效电路得到原边电压方程为：111111()22()22()22asaabsbbcsccRLuSiuRLuSiuRLuSiu（1-1）设变压器变比为3k，则有原边副边电压电流关系：213**aauku，21/(3*)aaiik，b相、c相有同样关系。副边电压方程如下：2122212221223**()()223**()()223**()()22aaanbnaNbNbbbncnbNcNcccnancNaNRLukuSiiuuRLukuSiiuuRLukuSiiuu（1-2）变压器有如下电流方程：2112112111()31()31()3anacbnbacncbiiikiiikiiik（1-3）联立方程（1-1）（1-2）（1-3）得到如下表达式：1212121()(1)2231()(1)2231()(1)223aNbNasabNcNbsbcNaNcscuuRLuSikkuuRLuSikkuuRLuSikk（1-4）式（1-4）得出输入为变压器的单整流器原边电压和电流关系，通过控制整流器输入电压aNu、bNu、cNu即可控制输入电压电流的相位关系。C.整体电路建模机环流分析按照单个整流器的等效电路建立方法建立整体电路的等效电路如图1-4所示。图1-4————————————现在以四个整流器A相为例分析并联环流的数学模型，其它两相的结果与A相的分析方法相同。并联电压器...