基于模块化多电平换流器的牵引供电系统电能质量治理方法

针对铁路牵引供电系统高压大功率的特点,基于模块化多电平换流器(MMC)设计了两相三桥臂功率调节装置,以消除铁路牵引供电系统中负序、无功功率及谐波电流。分析了机车负载电流在旋转坐标系下的特点,使用了一种基于二阶广义积分器及直流积分器的信号提取方法,可以快速地得到功率平衡及无功功率、谐波消除的补偿信号。设计了静止坐标系下基于MMC的两相三桥臂铁路静止功率调节装置的控制系统,最终,通过实时数字仿真系统(RT-Lab)进行实时仿真及样机实验,验证了算法的有效性及系统的补偿性能。

几种主要的“和谐”型电力机车主变流器主电路对比

主要介绍了HXD1、HXD1B、HXD1C、HXD2、HXD3型电力机车主变流器主电路的差异,通过对以上车型主变流器主电路进行研究,讨论分析它们的优缺点,提出推荐主电路,对以后主变流器的主电路设计及优化提出合理建议。

基于MMC的新型牵引供电系统研究(二)

在研究(一)的基础上,进一步提出一种具有直流故障闭锁能力的交直交变电所混合MMC结构方案。其中,整流侧采用全桥子模块结构,逆变侧采用半桥子模块结构。该结构方案除具有直流故障自清除能力之外,还能降低开关器件的数量。提出一种鲁棒下垂控制功率外环和电压内环的牵引变电所并网控制策略。其中,电压内环采用准谐振PR控制器可实现对交流量的无静差跟踪。基于PSCAD/EMTDC仿真验证了所提变电所结构方案和并网控制策略的正确性和有效性。

大功率交流传动电力机车电磁兼容的研究

简要介绍了国产大功率交流传动电力机车电磁兼容的要求、实现电磁兼容的基本方法,制订并实施电磁兼容的技术规范,通过在7200kW和9600kW交流传动机车上推广使用,证明该技术规范是完全有效、切实可行的。

三/单相平衡变换的铁路新型牵引供电系统的研究

提出了一种以有源功率补偿器为核心的新型铁路牵引供电系统，以解决现有牵引供电系统对电力系统造成的三相负载不平衡、功率因数低及谐波污染等问题。通过对三／单相负载的平衡变换分析，构造了系统模型，提出了ＰＷＭ控制方案，最后给出了仿真结果。

基于混合动力型内燃机车主变流器的研制

介绍了混合动力型内燃机车主变流器的性能以及主要技术参数,通过动力蓄电池和柴油发电机共同实现机车牵引,解决传统内燃机车存在的不足。详细介绍该主变流器的工作原理及研发过程,阐述了主变流器的主要特点和创新点。

HX_D2型大功率交流货运电力机车主电路系统

介绍了HXD2型大功率交流货运电力机车主电路系统的构成及功能原理,并详细分析了HXD2型电力机车牵引变流系统的组成、工作原理、主要功能参数等,为国内大功率交流货运电力机车牵引变流系统的研制与开发提供思路。

车网系统高频谐振特性分析

近年来,随着交—直—交型电力机车和动车组的大量上线运行,在提高铁路运输效率和质量的同时,也使得牵引供电系统中的谐波特性发生变化,即低次谐波大大减少的同时,也带来了丰富的高次谐波。虽然这些高次谐波含有率不高,但却大大增加了系统发生高频谐振的可能性。当系统发生高频谐振时,往往会形成较大的过电压,影响系统的安全和稳定运行。文章选取由交流传动电力机车和牵引供电系统组成的车网系统作为研究对象,建立了车网系统联合仿真模型,并基于仿真分析结果和线路实测数据,对车网系统高频谐振特性进行了分析研究。

电力电子技术与铁路机车牵引动力的发展

回顾了铁路机车牵引技术发展历程及电力电子技术对铁路机车技术进步的巨大推动作用,着重分析了交流传动的特点和优越性,结合国内铁路机车牵引传动技术的现状,对我国交流传动技术的发展方向提出一些设想。

一种新型电力机车牵引换流器设计

针对传统交直交电力机车牵引系统存在主电路结构复杂、功率和电压水平受限等问题,基于采用全桥型子模块的模块化多电平换流器结构,设计了一种单相AC-三相AC电力机车牵引换流器,可直接驱动三相异步牵引电动机,从而取消了车载降压变压器,降低了电力机车牵引系统的复杂度。通过建立该换流器在两相同步旋转dq坐标系的数学模型,提出了一种外环定交流电压控制策略和内环直接电流控制策略。仿真结果验证了该换流器及控制策略的有效性。

MPC在大功率交流牵引中的应用

目前由交-直-交电压型功率变换器和异步牵引电动机所构成的交流传动系统,已成为世界电力机车、电动车组和城轨车辆电传动技术的主流,而交流传动的核心单元是牵引变换器。本文对原ADtranz公司所设计的模块化功率变换器-MPC的技术特征进行了归纳和分析,最后指出随着电力电子技术和微处理器技术的发展,模块化及分布式控制系统已经成为功率变换器的发展趋势。

MPC在大功率交流牵引中的应用

目前由交—直—交电压型功率变换器和异步牵引电动机所构成的交流传动系统,已成为世界电力机车、电动车组和城轨车辆电传动技术的主流,而交流传动的核心单元是牵引变换器。本文对原ADtranz公司所设计的模块化功率变换器—MPC的技术特征进行了归纳和分析,最后指出随着电力电子技术和微处理器技术的发展,模块化及分布式控制系统已经成为功率变换器的发展趋势。

脉冲矢量控制在交流传动电力机车中的应用研究

为了提高交流传动机车的调速性能,在机车的牵引变流器中采用脉冲矢量控制。文章以HXD3型电力机车为例,介绍了矢量控制技术的基本原理,分析了使用方波脉冲矢量控制技术的机车牵引变流器的系统结构、及输出电压、脉冲方式和配置。研究表明脉冲矢量控制技术使机车能精确快速的控制牵引电机的转矩和转速,具有良好的调速性能,能最大程度发挥机车牵引力。

HXD2型大功率交流传动货运电力机车牵引电传动系统

介绍HXD2型大功率交流传动货运电力机车牵引电传动系统的电气原理、技术参数、性能特点和结构组成,对牵引电传动系统的各关键部件和装置组成进行了详细的功能描述。

HX_D1D型交流传动客运电力机车电传动系统

详细阐述了HXD1D型交流传动客运电力机车牵引电传动系统的的结构组成、工作原理、技术参数、冗余设计理念以及性能特点,并对牵引电传动系统的各关键部件和装置进行了详细的功能描述。

HX_D1C型大功率交流传动电力机车辅助电路

详细介绍大功率交流传动HXD1C型电力机车辅助电路的结构组成、原理和特点,阐述了AC 440 V电路、AC 220 V电路和DC 110 V电路的结构构成、工作原理、保护模式、设计理念等。

适应机车功率波动特性的高压铁路功率调节器控制策略

为了降低降压变压器的安装空间及磁饱和等因素给铁路功率调节器(railway static power conditioner,RPC)工程应用及治理效果带来的不利影响,模块化多电平换流器的铁路功率调节器(railway static power conditioner of modular multilevel converter,MMC-RPC)成为研究热点。但现有的MMC-RPC控制策略没有考虑电力机车实际负荷功率及电流波动特性对MMC各子模块电容电压影响,使其电容电压波动较大。为此,根据电力机车功率及负荷运行特性,采用混合PWM调制策略,既能满足开关损耗低的要求,又能适应电力机车动态运行特性下MMC-RPC各子模块电容均压波动范围。最后,通过仿真和实验结果验证了MMC-RPC输出性能相对传统二电平RPC的优越性,采用的混合PWM调制策略能够使得MMC-RPC适应电力机车实际负荷功率及电流波动特性,各子模块电容均压波动幅值均有效控制在±5%范围内。

电力机车牵引变流器功率模块的减振优化

通过对标准IEC 61373在电力机车牵引变流器功能性随机振动试验中的适用性分析,发现该项标准仅考虑了5~150 Hz低频段振动,而忽略了中高频振动的影响。为此,开展不同型号电力机车线路振动测试,从时域和频域角度进行数据统计,并利用统计容差法编制实测载荷谱,发现HX_(D)1和HX_(D)1C型电力机车牵引变流器功率模块的振动超出其他型号电力机车,且超过IEC 61373标准值。基于实测数据,分析牵引变流器功率模块振动来源,研究振动对功率模块驱动板及其安装板和IGBT器件等主要部件的影响,提出减振优化方案,并进行仿真分析和试验验证。结果表明:HX_(D)1型电力机车牵引变流器功率模块30~80 Hz低频振动的主要来源为轮轨作用,700~1600 Hz高频振动的主要来源是电容振动;驱动板及其安装板的固有频率处于实测载荷谱峰值频率区间,存在共振风险,而高频振动通过长母排的传递会对IGBT器件可靠性造成影响;对驱动板及其安装板和长母排增加约束、功率模块采用减振器和电缆连接的减振优化方案具有可行性。

200km/h交流传动客运电力机车辅助变流柜

详细介绍了200km/h交流传动客运电力机车辅助变流柜的电气原理、技术特点、性能参数和结构组成。该辅助变流柜用于200km/h速度等级电力机车的电传动系统,采用数字控制模式及模块化结构的设计理念,集辅助变流器、充电机、低压控制和网络传输于一体,现已通过型式试验,达到装车运行要求。

HXD3型机车牵引变流装置功率模块烧损原因分析及对策

阐述HXD3型机车牵引变流装置功率模块故障情况及其后果,通过分析故障机车的典型现象、灰尘对电气元件性能的影响、变流柜结构设计、机械间风源状况、段修机车变流柜检修范围及技术要求、高级修检修规程落实情况,从机车检修维护的角度查找功率模块烧损原因,提出重视变流装置清洁、变流柜局部灰尘清理、扩大重点机车灰尘清理范围、C3修时控制单元体下车清扫、C4及C5修时监督变流装置清洁保养等对策措施。经验证,措施效果显著,对于和谐型机车其他部件检修问题的解决,具有借鉴和参考意义。