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同相供电系统中平衡器的研究与实验

作　者: 周建佳
导　师: 张秀峰
学　校: 西南交通大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 同相供电系统平衡器 TMS320LF2812 DSP 三角波载波控制直流侧电压稳定控制
分类号: U223.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

牵引负荷为变化频繁的单相交流负荷,使电气化铁道牵引供电系统三相严重不平衡,并且存在无功和谐波电流。为了降低三相不平衡的影响,牵引变压器采用换相联接,导致各供电区段电压不同相,必须用分相绝缘器分隔。分相绝缘器引起的列车列车速度和牵引力损失等问题,严重制约了高速、重载铁路的发展。针对这些问题,将V,v牵引变压器与平衡器有机结合,构成的同相供电系统：通过实时检测系统的综合补偿电流,控制变流器,补偿负序与无功,滤除谐波。该系统基本消除了三相不平衡,从根本上解决了铁道部门与电力部门的主要矛盾。取消电分相环节,顺应了客运高速化、货运重载化的时代趋势。本文对该系统中的平衡器作了详细的研究分析。首先,本文分别对采用三相变流器的平衡器与采用两单相变流器的平衡器建立了数学模型,对平衡器中的主要参数进行了设计。通过对采用两种不同结构平衡器的同相供电系统进行比较分析,得出了在同相供电系统中采用两单相变流器结构的平衡器比采用三相变流器结构的平衡器更有优势的结论。其次,本文以采用两单相变流器结构的平衡器作为研究对象,系统地分析了平衡器指令补偿电流的生成方法,补偿电流的三角波载波控制方法以及直流侧电压稳定控制方法等问题。在对平衡器控制系统的软件设计中,采用数字化PWM技术来实现,以TI公司的TMS320LF2812 DSP为核心部分实现指令补偿电流检测、电流载波控制以及直流侧电压的稳定控制等算法。最后,本文针对平衡器容量为14kVA的同相供电实验系统进行了仿真与实验分析,仿真实验结果证明检测与控制算法的有效性。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章绪论  10-14
  1.1 课题背景及其意义  10
  1.2 国内外高速铁路牵引供电系统的研究现状  10-11
  1.3 同相供电系统中平衡器的各种结构与使用  11-13
  1.4 本文主要研究内容  13-14
第2章同相供电系统平衡器的参数设计  14-26
  2.1 采用三相变流器的平衡器参数设计  14-19
    2.1.1 平衡器主电路数学模型的建立  14-17
    2.1.2 平衡器主电路的参数设计  17-19
      2.1.2.1 平衡器的容量计算  17
      2.1.2.2 直流侧电压值的确定  17-18
      2.1.2.3 直流侧电容的选取  18
      2.1.2.4 交流侧电抗器的选取  18-19
  2.2 采用两单相变流器的平衡器的参数设计  19-26
    2.2.1 平衡器主电路数学模型的建立  19-21
    2.2.2 平衡器主电路的参数设计  21-26
      2.2.2.1 平衡器的容量计算  21
      2.2.2.2 直流侧电压的确定  21-22
      2.2.2.3 直流侧电容的选取  22-23
      2.2.2.4 交流侧电抗器的选取  23-26
第3章采用上述两种平衡器的同相供电系统的比较分析  26-33
  3.1 平衡变换原理比较分析  26-28
  3.2 瞬时功率比较分析  28
  3.3 容量利用率比较分析  28-32
  3.4 直流侧电压选取的比较分析  32-33
第4章平衡器补偿电流分析和控制策略  33-53
  4.1 指令补偿电流的生成  33-43
    4.1.1 无功与谐波电流的常用检测方法  33-34
    4.1.2 同相供电系统指令补偿电流的生成方法  34-39
      4.1.2.1 有功电流分离检测法  34-35
      4.1.2.2 无锁相环的补偿电流检测方法  35-39
    4.1.3 数字低通滤波器的设计与实现  39-43
  4.2 平衡器的控制策略  43-53
    4.2.1 常用的补偿电流控制方法  43-44
    4.2.2 三角波载波控制技术  44-48
    4.2.3 直流侧电压稳定控制  48-53
      4.2.3.1 两单相变流器直流侧电压波动分析  48-50
      4.2.3.2 两单相变流器恒压控制模型建立  50-53
第5章平衡器控制系统的软件设计  53-60
  5.1 TMS320LF2812简介  53-54
  5.2 平衡器控制系统总体设计  54-55
  5.3 系统软件流程设计  55-60
    5.3.1 系统软件功能及其结构  55
    5.3.2 主程序流程设计  55-58
    5.3.3 ADC中断服务子程序流程设计  58-60
第6章同相供电实验系统的介绍  60-69
  6.1 实验系统的结构与参数  60-61
  6.2 实验系统的仿真分析  61-65
    6.2.1 电流波形分析  61-64
    6.2.2 电压波形分析  64-65
  6.3 实验结果分析  65-69
结论  69-71
致谢  71-72
参考文献  72-76
攻读硕士学位期间发表的学术论文  76-77

同相供电系统中平衡器的研究与实验

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