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单相注入式混合有源滤波器在电铁中谐波治理的研究

作　者: 李晓兵
导　师: 王茜
学　校: 西南交通大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 牵引供电系统 电力机车 谐波抑制 注入式 无源电力滤波器 有源电力滤波器 混合有源电力滤波器
分类号: TM922.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


电气化铁道因为其诸多优点,已成为当前铁路运输的主要力量。但是,牵引电力机车运行所产生的谐波和无功,不但使牵引变压器等主要的电气设备降低容量利用率、产生附加损耗,还影响了电网的电能质量,对电力系统安全、稳定以及经济运行造成了很大的威胁。因此,牵引供电系统谐波污染治理和无功补偿已经在运营系统和学术界引起了广泛关注。为了实时、有效的抑制谐波,人们提出了各种解决方案：无源电力滤波、有源电力滤波以及混合有源电力滤波技术。与无源电力滤波技术相比,有源电力滤波技术具有受电网阻抗影响小、能够动态跟踪、综合补偿电能质量等优点,在治理供电系统电能污染方面发挥主导作用。本文从检测精度和动态响应速度两方面考虑,给出适合于电气化铁路的谐波检测方法。然后分析了混合型有源电力滤波器的控制问题,包括有源电力滤波器的控制策略、电流跟踪控制电路的控制方式、直流侧电容电压的控制等,给出了适合的控制方法。牵引供电系统是大功率单相整流负荷,而有源电力滤波器的成本与容量成正比,单独采用有源电力滤波器对牵引供电系统的谐波进行治理很不经济。因此本文介绍一种单相注入式混合有源电力滤波器来抑制牵引供电系统中的谐波,通过在无源环节和有源环节之间增加基波谐振电路来进一步减小有源滤波部分的容量,使成本大大降低,同时改善了系统的滤波性能并增强了稳定性,充分发挥有源电力滤波器的动态、跟踪补偿功能,使得既节省了投资,又能达到较好的补偿效果的目的。最后,通过MATLAB软件中的电力系统仿真模块,建立系统模型,并对其进行仿真分析。通过对无源滤波器、并联有源滤波器、串并联混合有源滤波器以及本文介绍的单相注入式混合有源滤波器仿真数据、图形分析和成本比较,验证了本文介绍的单相注入式混合有源电力滤波器在牵引供电系统中的谐波治理的可行性。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 研究的目的和意义  10-11
  1.2 有源滤波技术的发展概况和研究现状  11-14
  1.3 论文的主要工作  14
  1.4 本章小结  14-16
第2章 牵引供电系统特点及其分析  16-22
  2.1 牵引供电系统  16-17
  2.2 牵引变电所主变压器  17-19
    2.2.1 主变压器接线方式  17-19
    2.2.2 主变压器台数和备用方式  19
  2.3 牵引供电系统的谐波  19-21
    2.3.1 电力系统的谐波源  19-20
    2.3.2 电铁牵引供电系统谐波的特点  20
    2.3.3 电铁谐波的危害和改善措施  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第3章 有源滤波器谐波电流检测及其控制方法  22-35
  3.1 有源滤波器的工作原理  22-23
  3.2 有源滤波器的主电路拓扑结构  23-24
  3.3 基于瞬时无功理论的单相谐波电流检测方法  24-31
    3.3.1 三相电路瞬时无功功率理论  24-26
    3.3.2 p-q检测法  26-27
    3.3.3 i_p-i_q检测法  27-28
    3.3.4 单相有源电力滤波器谐波电流检测方法  28-31
  3.4 有源滤波器的控制方法  31-33
    3.4.1 有源滤波器直流侧电压控制  31-32
    3.4.2 有源滤波器的电流跟踪控制电路  32-33
  3.5 本章小结  33-35
第4章 单相注入式混合有源滤波器的设计  35-44
  4.1 单相注入式混合有源滤波器的系统构成  35-36
  4.2 单相注入式混合有源电力滤波器的电路设计  36-42
    4.2.1 无源滤波器组的电路设计  36-39
    4.2.2 线性电抗器电路的设计  39
    4.2.3 注入支路滤波器的设计  39-41
    4.2.4 耦合变压器和输出滤波器的设计  41-42
    4.2.5 有源电力滤波器的设计  42
    4.2.6 直流侧电容的选取  42
  4.3 本章小结  42-44
第5章 单相注入式混合有源滤波器仿真研究  44-63
  5.1 牵引供电系统模型  44-49
    5.1.1 电力机车建模  44-45
    5.1.2 牵引供电系统建模  45-49
  5.2 无源滤波和无功补偿装置仿真  49-52
  5.3 有源滤波补偿装置单独投入仿真  52-57
    5.3.1 有源滤波器检测、控制模块介绍  52-54
    5.3.2 系统控制性能分析  54-55
    5.3.3 有源滤波补偿装置单独投入仿真  55-57
  5.4 串并联混合有源滤波补偿装置仿真  57-59
  5.5 单相注入式混合有源滤波补偿装置仿真  59-61
  5.6 本章小结  61-63
结论  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-70
攻读学位期间发表的论文  70

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电力牵引 > 牵引供电系统
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