文档名：城市轨道交通碳化硅三电平牵引变流器应用探索
摘要：城轨交通将绿色节能作为发展目标,城轨牵引变流器以低损耗为发展方向.碳化硅器件具有耐高温、所承受开关频率较高和功率损耗低的优势,应用于三电平变流器,可有效提高系统效率、降低能耗、减轻设备重量.针对碳化硅三电平牵引变流器在城轨牵引领域的应用,首先分析城轨牵引变流器功率器件和拓扑的发展现状,从牵引系统的发展需求提炼出牵引变流器的优化需求;结合材料特性研究碳化硅器件应用于城轨牵引领域的性能优势,以及可能给牵引系统设计带来的技术挑战.对比探究5种常用的三电平逆变器拓扑结构和各种牵引传动控制方法在城轨领域的适应性,总结其结构特点对碳化硅器件应用的促进作用.归纳三电平变流器在城轨牵引系统中的应用局限,探讨碳化硅器件对其输出性能的优化作用.讨论碳化硅三电平变流器拓扑在城轨牵引系统中的应用可能,通过仿真实验对比不同拓扑的器件损耗分布.研究结果表明:碳化硅器件本身即对降低功率损耗具有明显优势,三电平拓扑及合适的控制策略可降低碳化硅器件的应用成本,二者结合可进一步缩小变流器和相关设备的体积,延长系统使用寿命.因此,将碳化硅三电平变流器应用于城轨交通符合发展需求.研究可为后续城市轨道交通牵引变流器的优化提供参考.
Abstract：Thedevelopmentofurbanrailtransitaimstoachievegreenenergysavings,andtheurbanrailtractionconverterisfocusedonhighpowerandlowloss.Carbon-silicondevicescanoffersignificantadvantagessuchashightemperatureresistance,highswitchingfrequency,andlowpowerloss.Whenusedinthree-levelconverters,theycanenhancesystemefficiency,decreaseenergyconsumption,andreduceequipmentweight.Thisstudyanalyzedthecurrentstateofpowerdevicesandthearchitectureofurbanrailtractionconverters,determiningoptimizationrequirementsbasedonthesystem'sdevelopmentaldemands.Itexaminedthematerialpropertiesofcarbon-silicondevices,focusingonperformancebenefitsandtechnicalobstacles.Thestudycomparedtheversatilityoffivecommonlyusedthree-levelconvertertopologies,includingtractiondrivetechniques,anddiscussestheoptimizationeffectofcarbon-silicondevicesontheiroutputperformance.Theresultsaredrawnasfollows.Itcanexaminethepotentialutilizationofthecarbon-siliconthree-levelconvertertopologyinurbantraintractionsystems,andconductacomparativeanalysisofdevicelossdistributionamongvarioustopologiesusingsimulatedtests.Resultsshowthatcarbon-siliconsystemsprovidedistinctadvantagesinmitigatingpowerloss,andtheimplementationofathree-leveltopologyandsuitablecontrolmethodcanmitigateapplicationexpenses.Theintegrationofcarbon-siliconthree-levelconvertersinurbanrailtransitalignswithdevelopmentrequirementsandcanserveasaresourceforfutureoptimizationoftractionconvertersinurbanrailtransitsystems.
作者：向超群 李佳怡 冯江华 杜京润 陈特放 成庶 Author：XIANGChaoqun LIJiayi FENGJianghua DUJingrun CHENTefang CHENGShu
作者单位：中南大学交通运输工程学院,湖南长沙410075;中车株洲电力机车研究所有限公司,湖南株洲412300中南大学交通运输工程学院,湖南长沙410075中车株洲电力机车研究所有限公司,湖南株洲412300
刊名：铁道科学与工程学报 ISTICPKU
Journal：JournalofRailwayScienceandEngineering
年，卷(期)：2024, 21(5)
分类号：U266
关键词：碳化硅 牵引系统 变流器 城市轨道交通 三电平
Keywords：siliconcarbide tractionsystem converters urbanrailtransit three-level
机标分类号：TM46TN386TM732
在线出版日期：2024年7月8日
基金项目：国家自然科学基金城市轨道交通碳化硅三电平牵引变流器应用探索[
期刊论文] 铁道科学与工程学报--2024, 21(5)向超群 李佳怡 冯江华 杜京润 陈特放 成庶城轨交通将绿色节能作为发展目标,城轨牵引变流器以低损耗为发展方向.碳化硅器件具有耐高温、所承受开关频率较高和功率损耗低的优势,应用于三电平变流器,可有效提高系统效率、降低能耗、减轻设备重量.针对碳化硅三电平牵引...参考文献和引证文献
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引证文献
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