大功率PWM整流器并联控制策略研究

目前城市轨道交通牵引电网采用的是经二极管整流的直流电网,能量无法双向流动。城市轨道交通车辆的运行特点是:既要频繁地启动加速,又需要频繁地制动减速。车辆再生制动时产生的电能会抬高直流电网电压进而威胁设备安全。传统的做法是用电阻消耗掉再生制动的能量。本文针对以上情况,提出将能量能够双向流动的大功率PWM变流器作为公用交流电网和列车直流牵引电网的功率接口。PWM整流器具有功率因数高,谐波含量低的特点,并且PWM变流器能够实现能量的双向流动,从而达到节约能源的目的。 本文首先分析了PWM整流器模型,在PWM整流器等效模型的基础上得到了PWM整流器并联的等效模型,讨论了PWM整流器并联的拓扑结构,分析了隔离供电输入的PWM整流器并联拓扑结构能够抑制零序环流的影响。 本文详细讨论了PWM整流器的均流控制策略,对比了外特性下垂法和主从法的优劣,进而提出了基于状态通讯的主从控制法,从而在保证输出精度的同时提高了系统的冗余性。本文对400KVA的PWM整流器的硬件进行了选型,PWM整流单元的控制系统包括DSP控制系统、CPLD逻辑控制系统、信号采集、通信模块,本文对控制系统的各部分分别进行了设计。 最后,本文基于Matlab/Simulink建立了PWM整流器并联的仿真模型,通过仿真验证了PWM整流器并联系统在稳定运行和负载波动的情况下都具有较高的稳定性。此外,完成了大功率PWM变流器整流和逆变工况的实验,能够实现整流和逆变工况的稳定运行,并且功率因数较高。论文证明了PWM整流器构成的供电系统具有谐波污染小、功率因数高、节能等优点。