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地铁再生制动能量回馈用并联变流器环流控制研究

地铁再生制动能量回馈用并联变流器环流控制研究

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作者：王剑平湖南大学

学位级别：硕士

地铁车站间距较短,地铁列车频繁制动产生的制动能量,如能加以再生回收是未来地铁发展研究的核心问题。大量的制动电能将会抬高直流牵引网的电压,影响地铁传动系统的安全工作,目前将牵引网上的电能通过回馈用变流器回馈至交流电网是最为... 详细信息

地铁车站间距较短,地铁列车频繁制动产生的制动能量,如能加以再生回收是未来地铁发展研究的核心问题。大量的制动电能将会抬高直流牵引网的电压,影响地铁传动系统的安全工作,目前将牵引网上的电能通过回馈用变流器回馈至交流电网是最为行之有效的方式。回馈用变流器工作在大电流的工况下,通常采用多功率模块并联的方式来减少功率器件的电流应力,但并联变流器会产生环流,目前方法抑制并联变流器环流的方法众多,通常是考虑直流侧电压稳定,当牵引直流网有制动电能流入时,可能会产生牵引直流网电压振荡,当前的方法无一适合,鉴于此,本文对多模块并联变流器环流抑制的方法进行了研究,并提出一种基于自抗扰控制来动态改变零矢量作用时间的环流抑制方法,该方法能够降低牵引直流网电压振荡给环流抑制带来的干扰,适合回馈用并联变流器在复杂的地铁传动系统中使用。首先,本文以广州地铁5号线的参数计算出回馈用并联变流器的容量,并确定某型产品的参数作为研究对象;再构建环流数学模型,模型表明环流值与模块间占空比之差有关;同时,回馈用并联变流器作为并网变流器,为降低并网电流的谐波,本文采用模块交错并联的方式,理论分析和仿真验证了交错并联能降低并联变流器的并网电流谐波但会增大并联变流器内部的环流然后,基于环流数学模型,分析出在SVPWM中零矢量作用是抑制零序环流的关键点,并采用一种基于变零矢量PI控制的环流抑制方法,来对零矢量作用时间动态调节再分配,实现对环流的闭环控制,并设计了外环控制牵引网电压,内环控制回馈功率并带有环流控制的回馈用并联变流器控制策略,仿真表明变零矢量PI控制的环流抑制方法在牵引网电压稳定时,环流抑制效果好,子模块能够均流。最后,理论分析出再生制动能量回馈将会给牵引网带来振荡,给环流控制带来干扰,所以,针对PI控制的抗干扰性差的固有缺陷,本文提出一种基于自抗扰控制来对零矢量作用时间再分配的环流控制策略,自抗扰控制器中的扩张状态观测器和扰动补偿能对扰动加以补偿,增加系统抗干扰能力,并对变零矢量环流自抗扰控制器的参数整定方法和稳定性进行分析,最后在仿真平台和小功率模拟实验平台上验证,结果表明在牵引网振荡下,变零矢量自抗扰控制的环流抑制效果优于变零矢量PI控制,适合地铁传统系统复杂工况下应用。

关键词：再生制动能量回馈用并联变流器变零矢量零序环流牵引网振荡自抗扰控制

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