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基于多电平滞环电流控制的牵引供电系统可控宽频带阻抗测量技术

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admin 发表于 2024-12-14 12:03 | 查看全部 阅读模式

文档名:基于多电平滞环电流控制的牵引供电系统可控宽频带阻抗测量技术
摘要:精确获取牵引供电系统的宽频带阻抗特性,是分析车-网耦合系统的宽频带振荡问题的关键途径,对保障电气化铁路的安全稳定运行具有重要意义.目前的阻抗测量技术大多难以兼顾大功率与频带可控的测量要求,因此,该文提出一种基于多电平滞环电流控制的牵引供电系统可控宽频带阻抗测量技术,测量频带为10Hz~5kHz,可通过一次谐波扰动注入快速获取目标频带的系统阻抗,相比于传统的滞环电流控制方法,具有更低的开关频率,并且能有效避免死区效应,改善输出电流的波形,更适用于宽频信号的跟踪控制.最后,通过仿真和硬件在环实验验证了该测量技术的有效性.

Abstract:Withtheincreasingmileageofelectrifiedrailwaysandthenumberofnewelectriclocomotives,thepowerelectronicscharacteristicsoftractionpowersupplysysteminChinabecomemoreandmoreobvious,whichcaneasilycausewide-bandoscillationphenomenon.Alotofresearchshowsthatthisphenomenoniscausedbytheinput/outputcharacteristicsmismatchofelectriclocomotiveandtractionpowersupplysystem,andthismismatchcanberegardedastheimpedancecharacteristicsmismatchof"vehicle-network".Therefore,accuratelyobtainingtheimpedancecharacteristicsoftractionpowersupplysystemisofgreatsignificanceforrevealingthemechanismofwide-bandoscillationinelectrifiedrailwayandimprovingthereliabilityofrailwaypowersupply.However,theimpedancemathematicalmodelingmethodreliesonthederivationofmathematicalformulas,whichrequirestoknowthedetailedparametersinsidethesystem,andthetractionpowersupplysystemhascomplexstructure,numerouscomponents,dynamictopologychanges,andtheactualimpedanceofcomponentsmaydeviatefromtheproductiondesignparameters.Theimpedancecharacteristicsobtainedbyimpedancemeasurementareclosertoreality.Therefore,thispaperfocusesontheresearchofcontrollablewide-bandimpedancemeasurementtechniquefortractionpowersupplysystem,andthemainresearchcontentsareasfollows:Acontrollablewide-bandimpedancemeasurementdeviceembeddedwithenergystorageunitisproposed,whichmainlyincludes:boosttransformer,cascadedH-bridge,bidirectionalDC-DCconverter,supercapacitor.Amongthem,bidirectionalDC-DCconverterandsupercapacitorformenergystorageunittogether,whichprovidesstableDCvoltageforcascadedH-bridgetogeneratewide-frequencyharmoniccurrent.Itspowerlevelcanbeflexiblyexpandedbyincreasingthenumberofmodules.Amultilevelhysteresiscurrentcontrolmethodisproposed,whichusesthecharacteristicthattheoutputvoltagelevelofeachportchangeswiththedirectionofoutputcurrent,combinedwiththecalculatedminimumnumberofmodulesandthecurrenttrendoferrorcurrent,dynamicallyadjuststheoutputvoltageofeachmodule,limitstheerrorcurrentwithinthetargetrange,sothattheoutputharmoniccurrentisascloseaspossibletothereferencecurrent,andimprovestheharmoniccurrentoutputeffect.BasedonMatlab/Simulink,thecontrolmethodissimulatedandverified.SeveralcurrentdisturbancewaveformsandFourieranalysisresultswithrepresentativefrequencybandsaregiven.Thesimulationresultsshowthatthiscontrolmethodcangeneratewide-frequencyharmoniccurrentintherangeof10Hz~5kHz.Ahardware-in-the-loopexperimentalplatformisbuilttofurtherverifythecontrollablewide-bandimpedancemeasurementdeviceembeddedwithenergystorageunitandmultilevelhysteresiscurrentcontrolmethod.Theexperimentalresultsshowthattheproposedmethodcanquicklyobtainthewide-bandimpedancecharacteristicsoftractionpowersupplysystem.Themeasurementrangeis10Hz~5kHz,whichgreatlyimprovesthemeasurementefficiencyandcanadapttothemeasurementdemandoftime-varyingimpedance.Throughtheaboveanalysis,wecandrawthefollowingconclusions:(1)Theproposeddevicetopologydoesnotcontainresistance,haslowenergyloss,doesnotneedtoworryaboutseriousheatingduetoresistanceduringmeasurementprocess,andhasmodularstructure,convenientexpansionandflexibleapplication.(2)Themultilevelhysteresiscurrentcontrolmethodcaninjectharmoniccurrentwithcontrollablefrequencybandandamplitudeintotractionpowersupplysystematonetime,whichcanadapttothemeasurementdemandoftime-varyingimpedance.(3)Comparedwithtraditionalhysteresiscurrentcontrolmethod,underthesametrackingaccuracycondition,thismethodgreatlyreducesswitchingtimesofpowerdevices,avoidsdeadzoneeffectatsametime,andhasgoodapplicationpotential.

作者:陈司懿   胡海涛   肖冬华   潘鹏宇   宋依桐 Author:ChenSiyi   HuHaitao   XiaoDonghua   PanPengyu   SongYitong
作者单位:西南交通大学电气工程学院成都611756;国网四川省电力公司仁寿县供电分公司眉山620500西南交通大学电气工程学院成都611756国网四川省电力公司电力科学研究院成都610072
刊名:电工技术学报
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(9)
分类号:TM922.3
关键词:牵引供电系统  阻抗测量技术  多电平滞环电流控制  谐波扰动  
Keywords:Tractionpowersupplysystem  technologyofimpedancemeasurement  multilevelhysteresiscurrentcontrol  harmonicdisturbance  
机标分类号:TM76TM464U223.6
在线出版日期:2024年5月13日
基金项目:国家自然科学基金,四川省自然科学基金重大项目基于多电平滞环电流控制的牵引供电系统可控宽频带阻抗测量技术[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(9)陈司懿  胡海涛  肖冬华  潘鹏宇  宋依桐精确获取牵引供电系统的宽频带阻抗特性,是分析车-网耦合系统的宽频带振荡问题的关键途径,对保障电气化铁路的安全稳定运行具有重要意义.目前的阻抗测量技术大多难以兼顾大功率与频带可控的测量要求,因此,该文提出一种基...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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