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基于高频隔离的级联型H桥补偿器的研究

作　者: 黄尧
导　师: 郑琼林
学　校: 北京交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 负序电流平衡三端口双向直流变换器 H桥级联载波移相控制
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 48次
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内容摘要

电力机车作为运行在电气化铁路中的特殊电力负荷,采用单相工频交流供电,波动性和冲击性强,向电网注入了大量的负序、无功以及谐波电流,严重降低了电网的电能质量,对电力系统的稳定运行和其他电力用户的正常用电产生不可忽视的危害。目前最有效的是使用动态补偿装置改善电能质量。本文首先通过分析了三端口双向直流变换器与H桥变换器的结构特点,提出了一种新型的基于高频隔离的级联型H桥补偿装置。与传统应用于三相三线制系统的星型接线级联补偿器不同的是,此拓扑中引入一个通过高频变压器耦合的三端口双向直流变换器,连接到三相直流储能电容上,使有功能量可以在各相间流动,平衡电网中的负序电流,同时降低了储能电容上的二次脉动。此结构的补偿器可用于三相三线和三相四线制系统。进一步提出了三端口双向直流变换器的均压控制方案；对比了几种补偿电流的检测方法和补偿控制策略；分析了H桥级联结构采用载波移相的控制方法。设计了一套适用于此结构的补偿器的控制策略。对提出的控制策略,使用MATLAB软件进行仿真。分析仿真结果,验证了控制策略的可行性。搭建实验样机,进行主电路、控制电路的器件选型与安装调试,对样机整体结构进行设计优化。通过使用DSP与FPGA的联合控制,实现负序平衡、无功补偿、谐波消除等控制策略。实验结果证明了本文提出的基于高频隔离的级联型H桥补偿器的优越性,同时也发现了存在的问题,为补偿器的改进提供了思路。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 绪论  10-18
  1.1 课题研究的背景  10-11
  1.2 电气化铁路中电能质量问题的危害  11-12
  1.3 电气化铁路中电能质量问题治理的现状  12-15
  1.4 本文的主要工作  15-18
2 主要拓扑结构分析  18-26
  2.1 双向直流变换器  18-21
  2.2 H桥变换器  21-22
  2.3 基于高频隔离的级联型H桥补偿器  22-24
  2.4 本章小结  24-26
3 基于高频隔离的级联型H桥补偿器控制策略  26-38
  3.1 对称半桥三端口双向直流变换器均压控制策略  26-28
  3.2. H桥变换器补偿控制策略  28-33
    3.2.1 补偿电流指令检测方法  28-31
    3.2.2 补偿电流输出控制策略  31-33
  3.3 载波移相SPWM控制策略  33-36
  3.4 本章小结  36-38
4 基于高频隔离的级联型H桥补偿器仿真分析  38-48
  4.1 MATLAB仿真软件简介  38
  4.2 仿真模型的搭建  38-42
    4.2.1 指令提取模块  38-39
    4.2.2 脉冲移相控制模块  39-40
    4.2.3 PWM信号产生模块  40
    4.2.4 负载模块  40-41
    4.2.5 仿真系统整体结构  41-42
  4.3 仿真结果与分析  42-47
    4.3.1 负序平衡和无功补偿仿真分析  44-45
    4.3.2 负序平衡和谐波消除仿真分析  45-47
  4.4 本章小结  47-48
5 基于高频隔离的级联型H桥补偿器样机设计与实验  48-72
  5.1 整体方案  48
  5.2 主电路设计  48-51
    5.2.1 交流电感设计  48-49
    5.2.2 IGBT选型  49
    5.2.3 高频变压器设计  49-50
    5.2.4 储能电容选型  50-51
  5.3 控制系统设计  51-56
    5.3.1 电源模块设计  51
    5.3.2 DSP主控模块设计  51-52
    5.3.3 FPGA脉冲分配模块设计  52-53
    5.3.4 隔离驱动模块设计  53-54
    5.3.5 模拟量采集模块设计  54-56
  5.4 样机实物  56-57
  5.5 程序实现  57-62
    5.5.1 DSP程序实现  57-60
    5.5.2 FPGA程序实现  60-62
  5.6 实验结果与分析  62-70
    5.6.1 单级补偿器负序平衡和无功补偿实验  62-68
    5.6.2 两级补偿器负序平衡实验  68-70
  5.7 拓扑结构存在的问题  70-71
  5.8 本章小结  71-72
6 结论  72-74
  6.1 全文结论  72
  6.2 进一步完善的工作  72-74
参考文献  74-78
作者简历  78-82
学位论文数据集  82

基于高频隔离的级联型H桥补偿器的研究

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