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DSTATCOM在渐赣线电气化铁道中的应用

作　者: 陈向杰
导　师: 戴文进
学　校: 南昌大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 浙赣电铁 谐波和无功功率 配电网静止同步补偿器 江西电网 MATLAB仿真
分类号: TM922.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着非线性电力电子器件日益广泛地投入到电网中,电网中产生了大量的谐波、负序分量和无功功率。而电气化铁道的负载电力机车是典型的非线性谐波源,浙赣线电气化铁路的开通给江西电网带来了一定的影响,根据DSTATCOM在抑制和补偿谐波及无功功率,提高电力系统稳定性等方面表现出的优越性,选择DSTATCOM为研究对象,以研究FACTS技术在浙赣线电气化铁道江西段的应用。全文包括以上几个方面的内容：(1)介绍我国电气化铁道供电系统的工作原理,分析了浙赣线牵引供电系统,着重研究电气化铁道的谐波源—电力机车的结构及电气原理分析,并介绍了牵引供电系统采用的供电方式,最后对韶山4改进型电力机车在Matlab环境下进行了仿真分析。(2)介绍动态无功补偿的理论和DSTATCOM的主电路结构和电压型桥式电路的基本工作原理,同时利用开关函数法的线向量建模法建立DSTATCOM的数学模型,分析了逆变器模型与DSTATCOM模型的关系,最后讨论了DSTATCOM参数的选取,为控制系统的设计奠定必要的理论基础。(3)介绍了无功检测和补偿的几种方法,对基于瞬时无功功率理论的补偿电流检测方法进行简单分析,分析了各种检测方法的优缺点,最终选择改进的基于同步坐标法的电源电压矢量的补偿电流检测方法,这种方法的优点是在电网电压不平衡条件下仍能准确的检测出负载电流中的无功、谐波和负序分量,并实现对负载电流中的无功、谐波和负序分量的综合补偿；最后对各种补偿方法、进行了仿真。(4)针对目前对大容量DSTATCOM主电路拓扑和控制方法进行了研究,论文对几种典型大容量DSTATCOM的主电路结构进行研究,推导相关电路输出电压的表达式,对四重化三电平电压型逆变器在单机无穷大系统中的应用进行了仿真。将逆系统PI控制和模糊自适应控制方法的结果进行了比较。(5)实现以TMS320LF2407控制器为控制核心的DSTATCOM的硬件装置包括控制与保护电路、驱动电路、上电复位电路、信号检测等电路的设计,并编制了相应的软件设计流程图。(6)对浙赣线电气化铁路江西段谐波和无功最严重的上饶牵引变搭建仿真模块,研究在此牵引变安装DSTATCOM装置对于改善谐波和无功的影响。第二部分利用电科院的电力系统综合程序/用户程序接口(PSASP/UPI)编制了DSTATCOM装置无功控制的用户程序应用于江西电网,以研究DSTATCOM装置应用后江西电网电压水平和暂态稳定性的改善。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-21
  1.1 课题的提出  10-11
  1.2 课题的研究意义  11
  1.3 谐波、无功和负序的产生及其对电力系统的影响  11-12
  1.4 谐波和无功功率分析  12-16
    1.4.1 谐波的基本概念  12-13
    1.4.2 谐波分析  13-14
    1.4.3 无功功率  14-15
    1.4.4 无功功率补偿原理  15-16
  1.5 电铁谐波、负序和无功补偿抑制现状及方法  16-18
    1.5.1 改善负载电力机车的方法  16
    1.5.2 采用补偿的方法  16-18
  1.6 配电静止同步补偿器的研究现状  18
  1.7 DSTATCOM装置在江西电网应用的意义  18-19
  1.8 课题的实施方案  19-21
第二章 浙赣线电气化铁路供电系统  21-39
  2.1 电气化铁道牵引负荷的特点  21-22
  2.2 浙赣电铁牵引供电系统  22-24
  2.3 电气化铁道电力机车的结构及电气原理分析  24-27
    2.3.1 韶山4改进型电力机车的谐波分析  24-27
  2.4 牵引供电系统运行方式  27-34
    2.4.1 AT供电方式下的变电所结构  27-30
    2.4.2 变电所电流期望值与负载电流的关系  30-32
    2.4.3 负序、无功和谐波补偿的讨论  32-34
  2.5 韶山4改进型电力机车工作过程的仿真分析  34-38
  2.6 小结  38-39
第三章 配电静止同步补偿器数学模型及参数选取  39-61
  3.1 DSTATCOM基本工作原理  39-46
    3.1.1 DSTATCOM单相等效电路  41-44
    3.1.2 DSTATCOM调节无功工作原理  44-46
  3.2 DSTATCOM数学模型  46-56
    3.2.1 静止坐标下的模型等效电路  47-49
    3.2.2 dq0旋转坐标下的模型等效电路  49-53
    3.2.3 逆变器模型与DSTATCOM模型的关系  53-54
    3.2.4 DSTATCOM的动态模型  54-56
  3.3 DSTATCOM参数的选取  56-60
    3.3.1 连接电抗器的选取  57-58
    3.3.2 等值电阻的选取  58
    3.3.3 直流侧储能电容值的选取  58-60
    3.3.4 主电路IGBT的选取  60
  3.4 小结  60-61
第四章 DSTATCOM的谐波电流检测及负荷补偿方法研究  61-89
  4.1 瞬时谐波与无功电流检测方法综述  61-62
  4.2 瞬时无功功率理论及三相电路的谐波与无功电流检测  62-68
    4.2.1 瞬时无功功率理论  62-64
    4.2.2 基于p-q运算方式的检测法  64-65
    4.2.3 基于l_p-l_q运算方式的检测法  65-67
    4.2.4 基于d-q-0运算方式的检测法  67-68
  4.3 电铁供电系统谐波与无功电流的检测法仿真  68-77
    4.3.1 基于瞬时无功功率理论的检测法  68-71
    4.3.2 基于有功电流分离的谐波与无功电流检测法  71-73
    4.3.3 基于单位功率因数的谐波与无功电流检测法  73-77
  4.4 改进的基于电源电压矢量的同步参考坐标变换检测法  77-83
    4.4.1 传统同步坐标法  77-78
    4.4.2 基于电源电压矢量的同步参考坐标法的补偿原理分析  78
    4.4.3 DSTATCOM在电网电压不平衡条件下补偿电流检测方法  78-83
  4.5 同步矢量法仿真研究  83-88
    4.5.1 检测方法验证  83-85
    4.5.2 同步电矢量法在DSTATCOM中的应用  85-88
  4.6 小结  88-89
第五章 DSTATCOM主电路及控制仿真  89-119
  5.1 DSTATCOM的主电路结构  89
  5.2 多重化技术  89-93
    5.2.1 变压器多重化结构  90-93
  5.3 多电平技术  93-95
    5.3.1 链式结构多电平电路  95
  5.4 PWM脉冲触发方式  95-98
    5.4.1 DSTATCOM的SPWM调制技术  96-97
    5.4.2 不对称规则采样SPWM的实现原理  97-98
  5.5 三电平四重化逆变器结构  98-106
    5.5.1 清华大学两电平四重化STATCOM结构  99-100
    5.5.2 三电平四重化结构逆变器  100-102
    5.5.4 三电平四重化DSTATCOM仿真  102-106
  5.6 DSTATCOM的控制方法研究  106-118
    5.6.1 DSTATCOM逆系统PI控制  106-110
    5.6.2 DSTATCOM模糊控制方法  110-118
  5.7 小结  118-119
第六章 DSTATCOM控制电路设计  119-136
  6.1 控制器硬件控制单元设计  120-129
    6.1.1 DSTATCOM驱动电路  121-122
    6.1.2 上电复位电路  122-123
    6.1.3 通讯接口硬件设计  123-124
    6.1.4 同步电路的设计  124-125
    6.1.5 DSTATOOM信号检测电路设计  125-126
    6.1.6 DSTATCOM保护电路部分设计  126-129
    6.1.7 脉冲封锁电路的设计  129
  6.2 软件设计流程图  129-135
    6.2.1 主程序流程  129-132
    6.2.2 中断子程序流程  132-133
    6.2.3 监测单元主程序设计  133-134
    6.2.4 控制单元主程序设计  134-135
  6.3 小结  135-136
第七章 DSTATCOM在江西电网中的应用  136-155
  7.1 概述  136
  7.2 江西电网现状  136-137
  7.3 DSTATCOM在浙赣线上饶牵引变的应用  137-146
    7.3.1 没有安装DSTATCOM时的仿真分析  138-143
    7.3.2 安装DSTATCOM的仿真  143-146
  7.4 DSTATCOM在改善江西电网电压稳定性中的应用  146-153
    7.4.1 潮流电压和稳定性计算  146-147
    7.4.2 仿真分析  147-153
  7.5 本章小结  153-155
第八章 总结与展望  155-158
  8.1 工作总结  155-156
  8.2 工作展望  156-158
致谢  158-159
参考文献  159-162
攻读硕士学位期间的研究成果  162

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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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