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铁路单一三相供电系统设计

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摘要

电气化铁道沿线有大量的各种类型的用电负荷,而不同的用电设备对电源的要求不同。这些用电设备贯穿在电气化铁道建设的开始与整个运行维护期间,它直接关系到电气化铁道的安全、稳定运行。长期以来,铁路沿线的各类设备所需的电能大多是敷设专用供电线路,必然增加了成本。如何利用接触网中的25kV单相交流高压电源转化为铁路设备所需要的单相交流或三相交流电源,同时能够为各种负载提供能量,这就是我们所考虑和研究的重点。
　　 本设计首先采用脉冲整流器进行整流,得到单相直流电源,在经过电压型逆变器进行逆变,在向各种负荷供电时,必须在控制系统作用下,得到三相对称电压,以求达到我们的目的。
　　 首先分析脉冲整流器工作原理,依据交流侧回路电流与网侧电压的关系,我们可以把脉冲整流器分为整流状态,逆变(反馈)状态,电源短接状态。
　　 为了稳定直流侧电压,需要采集交流侧电压和电流以及直流侧电压等数据,采用瞬态电流控制方案,依据直流侧电压变化实现对交流侧输入电流的瞬态控制,动态响应快,能取得较好的瞬时控制效果。
　　 本论文设计并计算交流侧电感,目的是滤除接触网中的谐波电流和满足瞬态电流控制跟随性,并设计中间支撑电容来滤除整流器直流侧的纹波电压及限制负载突变时的直流电压脉动的数值来选择电容的数值。
　　 电压型逆变器是把直流电源转变成三相交流电源,向三相对称负载以及不对称负载提供电源,为了保持三相对称的电压源,我们必须利用反馈控制技术进行调节。
　　 因此我们分析了在三相静止abc坐标系下和两相同步旋转d-q坐标系下的电压型逆变器系统的数学模型,并根据其数学模型的特点来进行控制方法的选择,特别是在d-q坐标系下的模型,由于存在着耦合关系,在进行反馈控制的时候,必须进行解耦,得到是直流分量,易于控制。根据一些成功的实例,他们都采用d-q坐标系进行控制。
　　 不平衡负载下的控制方式,我们采用正序和负序的双反馈控制,由于其结构的对称性,正序和负序的反馈控制的系统结构和PI控制器的参数也具有相似性,这就为我们设计过程中提供方便,减轻计算难度。
　　 因此,正序和负序的反馈控制都采用电压外环电流内环的双环控制,其中外环用于确定交流侧电压值,而电流内环的作用主要是按电压外环输出的参考值,实现电流的快速调节性,采用极点配置的PI参数设计方法,使控制器的期望性能指标与PI参数和系统结构之间建立了直接的关系。
　　 利用matlab软件仿真系统搭建了单-三相供电系统控制仿真模型,通过仿真对控制器的在对称和不对称负载下的控制,以及感性,容性,电阻性负载以及它们之间的串并联进行了多方面的验证。

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