城市轨道交通逆变回馈式再生制动的研究

作     者：周俊 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：潘育山

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：城市轨道交通 再生制动 电机矢量控制 SVPWM 逆变回馈 

摘      要：21世纪以来我国经济迅速发展,交通问题日益严重,城市轨道交通具有大运量、安全快速、舒适性好、清洁环保等特点,是各大城市解决交通问题的首要选择。但是城市轨道交通站间距较短,列车启动和制动频繁,可再生制动的牵引电机在列车制动时会产生大量电能回馈到牵引网,并使牵引网电压升高。本文以再生制动能量利用和稳定牵引网电压为研究方向,建立了逆变回馈式再生制动吸收装置仿真模型,将电能回馈至380V低压交流电网。首先阐述了我国轨道交通发展背景及现状,对现有的再生制动能量利用方案及原理进行分析对比,结合目前国内外的研究现状,最终确定研究方案为逆变回馈式再生制动的研究。其次,分析了城市轨道交通牵引供电系统的组成结构和供电方式及等效模型,并在Matlab/Simulink中建立了基于延边三角形移相的24脉波整流电路仿真模型,分析多脉波整流电路输出电压和网侧电流谐波含量。然后,列举车辆常用制动方式并分析交流异步电机再生制动原理,由坐标变换及交流异步电机电磁转矩和磁链公式,建立电机SVPWM矢量控制仿真模型,模拟了列车牵引制动状态运行情况和牵引网电压变化情况,为回馈装置直流侧的输入提供数据支持。第四章考虑实际投入方案,根据牵引供电方式说明中压回馈及低压回馈方案的适用条件及优缺点;并根据列车制动特性曲线计算单车再生制动功率及电流大小,然后通过概率论分析计算变流器容量大小,确定装置回馈方案和容量及安放位置。提出外部电源或负载波动对直流接触网电压影响时回馈装置启动值的优化设计。最后,简述逆变回馈装置整体电路结构,分析主电路部分三相电压型全桥逆变器数学模型,对比分析L型、LCL型滤波器滤波效果,设计电感电容参数,并采用无源阻尼抑制谐振尖峰。控制电路采用基于坐标变换的电压外环电流内环及电网电压前馈解耦思路。为稳定牵引网压、提高系统响应和稳定性,对电压电流环PI参数、SVPWM调制和系统锁相环的设计开展了详细的分析。最终在Matlab/Simulink仿真平台得到了较理想的并网结果。