基于车载变流器控制的车-网系统牵引网压振荡抑制研究

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随着非线性交-直-交型动车组列车和电力机车的广泛运营,机车的牵引功率大、行车速度快、行车密度高,使得牵引供电系统出现电能质量问题,各种故障现象频繁出现。现场出现了牵引网压多频带振荡问题—低频振荡与高频谐波谐振,危害高铁安全运营。针对振荡问题,本文以车网耦合系统为研究对象,建立了AT(Auto-Transformer,自耦变压器)牵引网、CRH3(China Railways High-speed 3,中国高速铁路3型)动车组模型。针对高频和低频振荡两类问题,推导了车网耦合系统模型,分析了两类振荡现象产生的机理。从耦合系统的车侧出发,提出了相应的基于车载变流器的车网系统牵引网压振荡抑制措施。主要研究内容如下:(1)结合运营实际参数,建立了全并联复线AT牵引网模型和CRH3动车组模型,并将其组合成为车网电气耦合模型。(2)推导了车网耦合级联系统模型,绘制了系统Nyquist曲线图和Bode图,利用Nyquist判据分析了级联系统,得到了系统发生低频振荡时接入的动车组临界数量,并仿真复现了低频振荡现象。分析了牵引变流器网侧谐波产生机理,研究了牵引供电系统的谐波特性高频谐振产生机理,推导了牵引供电系统的高频谐振频率,研究了影响高频谐振的因素。(3)比较研究了滑模控制与无源控制两种控制方法的优点,设计了CRH3动车组变流器滑模与无源结合的复合控制策略。结果表明提出的基于复合控制策略的网侧整流器有较好的性能且有效地抑制了牵引网低频振荡。(4)将SHEPWM(Specific Harmonic Elimination Pulse Width Modulation,特定次谐波消除)调制方法与FCS-MPC(Finite Control Set-Model Predictive Control,有限集模型预测控制)引入动车组变流器调制中,抑制了动车组高频谐振频率附近的谐波,并在建立的车网系统仿真模型上验证,结果表明基于混合调制方法的网侧变流器具有更好的动态和稳态性能,对抑制车网系统高频谐振具有良好的效果。
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