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城市轨道交通新型供电系统的建模、仿真及控制策略研究

作　者: 陈丹
导　师: 刘志刚
学　校: 北京交通大学
专　业: 电力电子及电力传动
关键词: 轨道交通供电系统 PWM整流器
分类号: U223
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

城市轨道交通供电系统,担负着运行所需的一切电能的供应与传输,是城市轨道交通安全可靠运行的重要保证。在城市轨道交通工程中,直一交变压变频的传动方式已经普遍采用。车辆在运行过程中,由于站间距一般较短,列车起制动频繁,因此要求起动加速度和制动减速度大,制动平稳并具有良好的起动和制动性能。从能量相互转换的角度看,制动能量是相当可观的。虽然电动车组在其直流回路设有电阻耗能装置,但是受机车空间所限,不可能设置足以完全吸收这部分动能的装置,剩余能量只能由机械制动补充。城市轨道交通车辆采用电气制动时,会导致直流母线电压升高,当电压升高到一定数值时会对整个系统的安全和稳定性带来威胁。由于当前城市轨道交通供电系统采用不控二极管整流,制动能量不能回馈,因而目前处理这部分制动能量的方法为电阻能耗制动方式,既带来了发热等新问题也不经济。本文针对以上情况提出了一种新型的城市轨道交通系统,新型供电系统采用多个PWM整流器并联,PWM整流器可以在整流、逆变工况平稳过度,从而将制动能量回馈至交流电网。本文详细讨论了新型供电系统的模型、主电路拓扑、参数以及控制策略,提出了控制系统的硬件和软件设计方案,并在最终给出了仿真和试验波形。论文证明了逆变回馈式供电系统相对于二极管不控供电系统具有谐波含量少、功率因素较高、动态响应快等特点。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
序  8-11
1 绪论  11-16
  1.1 轨道交通供电系统简介  11-12
  1.2 轨道交通供电系统存在的问题  12-13
  1.3 新型供电系统简介  13-15
  1.4 研究内容及本文内容安排  15-16
2 系统分析及建模  16-31
  2.1 系统分析  16-17
  2.2 系统拓扑选择  17-23
    2.2.1 系统拓扑  17-20
    2.2.2 变压器绕组方式  20-23
  2.3 系统建模  23-31
    2.3.1 变压器建模  23-26
    2.3.2 PWM整流器建模  26-31
3 系统主电路设计  31-36
  3.1.1 交流电感计算  31-32
  3.1.2 直流电容计算  32-33
  3.1.3 功率开关管选择  33
  3.1.4 缓冲电路设计  33-36
4 控制策略研究  36-53
  4.1 多重化控制方法  36-40
  4.2 并联PWM整流器控制方式  40-42
  4.3 电流控制技术  42-47
  4.4 控制环参数设计  47-50
    4.4.1 电流内环PI参数设计  47-48
    4.4.2 电压外环PI参数设计  48-49
    4.4.3 PI整定  49-50
  4.5 死区补偿及过调制算法  50-53
5 控制系统设计  53-71
  5.1 控制系统组成  53-54
  5.2 中央控制系统  54-55
  5.3 PWM整流单元控制系统  55-65
    5.3.1 主控制系统  55-57
    5.3.2 辅控制系统  57-58
    5.3.3 信号采集  58-59
    5.3.4 控制保护  59-61
    5.3.5 DSP及其外围电路  61-63
    5.3.6 CPLD保护逻辑及输出调整电路  63-65
  5.4 系统软件实现  65-71
    5.4.1 中央控制系统软件设计  65-68
    5.4.2 PWM整流单元软件设计  68-71
6 Matlab仿真及分析  71-78
  6.1 不控整流和PWM整流比较  71-73
  6.2 多重化控制方式仿真  73-74
  6.3 并联PWM整流控制方式  74-78
7 试验结果及分析  78-82
  7.1 开环试验  78-79
  7.2 闭环试验  79-82
8 结论  82-83
参考文献  83-85
附录 A  85-89
学位论文数据集  89

城市轨道交通新型供电系统的建模、仿真及控制策略研究

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