基于电铁牵引变电站的单相混合型谐波补偿系统研究

【摘要】： 随着电气化铁路的快速发展，电力牵引负荷有了快速增长。电力牵引负荷 作为大功率单相整流负荷，其电流具有很大的随机性和严重的不对称性，是一 种严重的干扰性负荷，它给电力系统及其公共连接点其它用户的安全、经济运 行带来了严重影响。因此，针对电力牵引负荷的谐波治理是当前谐波抑制技术 中的一个热门课题。 本文首先对串联混合型电力滤波系统（SHPFS）的滤波特性进行了分析，阐 述了串联有源电力滤波器（SAPF）产生的串联等效电阻K对电网分流系数幅频特 性的影响，通过仿真分析证明了SAPF对提高无源滤波器（PPF）滤波特性的作 用。 针对快速时变负荷谐波检测存在的时滞等问题，提出了预测型谐波电流检 测新方法，使谐波检测和控制造成的时滞大大减小，有效地提高了有源电力滤 波器（APF）的跟踪目标能力。通过分析锁相环偏差对谐波电流检测的影响，首次 发现并从数学上证明了同步信号稳态误差对谐波电流的检测精度没有影响的结 论。 在分析空间矢量PWM（SVPWM）控制过程的基础上，提出了在SAPF控制 中应用SVPWM的方法；和自适应PWM技术相比，SVPWM具有更高的控制 精度和更小的开关损耗；研究了基于SVPWM控制方法的SAPF电压可控性问 题，并使SVPWM首次在SHPFS实验装置中得到了成功的应用。 依据SS4型电力机车在典型工况下的谐波特点，提出了谐波源的电流模型。 在PSCAD/EMTDC下建立了包含SHPFS和谐波源的牵引供电系统仿真模型， 对SHPFS的滤波特性进行了较全面的研究。 设计了单相SAPF主回路，制作了基于数字信号处理芯片TMS320C50的 SAPF检测和控制系统，并最终完成了单相SHPFS实验系统。在不同PPF谐振 情况和不同背景谐波电压条件下，对SHPFS进行了实验研究，结果表明SAPF 均能改善PPF的滤波特性，表明SHPFS具有较强的滤除谐波能力和良好的应用 前景。