光储接入牵引供电系统应急供电方案下低频稳定性研究

“双碳”目标背景下,新能源较大规模接入牵引网可能成为铁路运输新趋势。为对意外失电的列车紧急牵引并打破铁路领域传统用能壁垒,实现铁路能源自给型低碳供电并与电网互为备用,各系统能量互联互通,首次提出一种应急供电方案灵活利用牵引网侧接入的光储装置牵引列车并对“光-储-车网”耦合系统的低频稳定性展开研究。首先,制定RPC双模式单相全桥逆变器的控制方法结合光储运行状态协调控制策略划分工作模态;然后,利用小信号及状态空间平均法建立光储、客车(CRH3型动车)以及投影到dq坐标系下铁路功率调节器直流侧阻抗模型;最后,利用所得“光-储-车网”3个子系统的导纳模型,引入一种适应多工况的无源判据,揭示控制器参数及多源对牵引供电系统电气稳定性的影响规律。研究结果表明:所提方案通过新能源及储能装置在昼夜多工况下均能长时持续稳定牵引列车,当新能源或电网供电出现意外二者可互补切换,故障条件下机车仍可受电稳定行走。此外,光储电压环比例增益对该系统阻抗匹配性稳定性有较强的电气敏感性,所建模型结合无源判据指导调参接入不同供电源补偿系统阻抗可治理部分失稳现象,该方案下储能系统具有良好的补偿特性。在Starsim半实物实验平台验证了“光-储-车网”耦合系统应急供电方案的可行性及稳定性研究的正确性。

基于拓展禁区判据的光伏接入牵引供电系统低频稳定性分析

在“双碳”愿景下,光伏通过铁路功率调节器接入牵引供电系统具有良好的发展前景,但光伏接入会对系统的低频稳定性产生影响。针对这一问题,首先建立了光伏-车-网耦合系统小信号阻抗模型,得到了该系统的回比矩阵;然后针对禁区判据进行拓展,提出了拓展禁区判据并给出了判据形式;最后利用拓展禁区判据分析了铁路功率调节器控制器参数等系统参数对低频稳定性的影响,并搭建MATLAB/Simulink测试模型和StarSim半实物实验平台进行了验证。结果表明,与禁区判据相比,拓展禁区判据能更准确地判断光伏-车-网耦合系统低频稳定状态,降低了一定的保守性。

基于直流侧混合电压谐波注入的低谐波串联36脉波整流器

为满足整流器高电压输出和提升串联12脉波整流器谐波抑制能力,提出一种使用直流侧混合脉波倍增技术的低谐波串联36脉波整流器。基于隔离型串联12脉波整流器,在其直流侧设置混合电压谐波注入电路且负载端并联滤波电容,可同时抑制交、直流侧谐波,实现低谐波运行。混合谐波注入电路参与调制两个整流桥间电流和电压波形,最终使交流侧输入电压阶梯数由12提升至36。该文分析所提36脉波整流器工作机理,设计注入变压器最优电压比、功率管IGBT导通角及其控制电路,研究正常状态下和IGBT故障下整流器的运行特性,并使用硬件在环(HIL)测试系统验证了理论分析的正确性。实验结果表明,所提整流器器件利用率高、谐波含量低,IGBT故障下具备鲁棒性强、输出电压增益高的特点,可应用于高电压、高功率变流场合。

不平衡电网下并网逆变器阻抗建模及稳定性分析

为了分析不平衡电网条件下并网逆变器的稳定性问题,论文首先建立了不平衡电网下基于传统同步参考坐标系锁相环(synchronous reference frame phase locked loop,SRF-PLL)的逆变器输出阻抗模型。通过研究发现,电网的负序基波电压对逆变器输出阻抗的影响较小,而不平衡的三相电网阻抗将严重影响系统的稳定性;然后,论文探究了不同锁相结构对逆变器稳定性的影响,建立了双二阶广义积分器锁相环(dualsecondordergeneralized integrator phase locked loop,DSOGI-PLL)的小信号模型,并推导了基于双二阶广义积分器锁相环的逆变器输出序阻抗模型。通过研究发现,在电网电压和电网阻抗不平衡情况下,双二阶广义积分器锁相环均能够显著提升系统的稳定性;最后,论文进行了相应的系统仿真和实验验证,结果证明了论文理论分析的正确性。

永磁容错轮缘推进电机预测占空比电流滞环控制

针对永磁容错轮缘推进电机传统电流滞环控制策略转矩脉动大的问题,提出一种预测占空比电流滞环控制策略。在固定采样频率下,通过当前时刻转子位置、角速度及母线电压预测电流滞环宽度,进而根据电流相对滞环位置预测占空比来实现闭环控制,同时结合故障容错控制策略可实现电机一相开路和短路故障容错控制。利用Matlab/Simulink搭建仿真模型,设计并调试以StarSim为核心的硬件实验平台,仿真和实验结果证明所提出的预测占空比电流滞环控制策略可有效提高电流控制精度,降低电机转矩脉动,同时保留了传统电流滞环控制算法简单和响应速度快的特点。

一种双重化脉冲整流器多管开路故障快速诊断方法

双重化脉冲整流器是电力牵引交流传动系统的重要组成部分,它的可靠性直接影响整个动车组的安全稳定运行,其主电路功率管IGBT是最易发生故障的部分。现有文献中针对多个IGBT开路故障定位研究较少,而双重化脉冲整流器存在8个功率管,故对于双管、多管故障的诊断也不可忽视。为此,该文以双重化脉冲整流器为研究对象,分析了正常工作模式和多种功率管开路故障情况。通过对比门极信号与线电压的变化情况,提出了一种多管开路故障快速诊断方法,其具备硬件电路简单、计算量小的优点,并基于电磁暂态仿真软件StarSim,搭建硬件在环(HIL)和快速原型控制器(RCP)测试平台验证了该方法的有效性和可行性。结果表明,该方法能迅速实现功率管单管、双管及多管故障的准确定位,且不受负载扰动影响。

高速铁路客货混跑车网耦合系统电气稳定性研究

高速铁路客运机车与货运机车混合运行可能成为未来运输的趋势,该文首次针对客货混跑时车网耦合系统的电气稳定性问题开展研究,在考虑牵引逆变器模型的前提下,建立了客车(CRH3型动车组)和货车(HXD2B型电力机车)在混跑状态下的阻抗模型,详细分析牵引网参数和控制器参数对车网耦合系统电气稳定性的影响。首先,基于状态空间模型,在数学建模时将逆变器和牵引电动机等效为中间直流环节的电阻并联电流源,并基于瞬态电流控制,分别建立了CRH3和HXD2B在dq轴下的整流器小信号阻抗模型;接着,基于广义Nyquist判据,利用“源–荷”车网级联系统的阻抗回比矩阵,对影响车网耦合系统的牵引网参数和控制器参数进行稳定性分析;最后,结合仿真测试和StarSim硬件在环实时仿真平台,验证了该文对客货混跑车网耦合系统电气稳定性研究的有效性和正确性。

基于谐波状态空间的车网耦合系统小信号阻抗建模和稳定性分析

随着我国电气化高速铁路的快速发展,电气化铁路网运行的动车组数量大幅增加。高密度运行的动车组可能会引发车网耦合系统的低频振荡(low-frequency oscillations,LFOs),严重影响轨道交通运输的正常进行。该文针对具有复杂电力电子结构特性的单相车网耦合系统,尝试将谐波状态空间方法(harmonic state-space,HSS)应用于车网耦合系统的小信号阻抗建模。首先推导了车网耦合系统的基于谐波状态空间HSS的小信号阻抗模型,分别通过Matlab/Simulink仿真平台与StarSim半实物平台验证了此模型的精确性;基于所搭建的模型,采用阻抗稳定性分析方法,成功地分析了多车并网引起车网耦合系统低频振荡的机理;最后分别定量研究了电力机车接入的数目和网侧感抗值对车网耦合系统稳定性的影响规律。理论分析和半实物结果表明,该建模方法可以实现简单且精确的车网耦合系统稳定性分析。

光伏发电并网系统虚拟仿真实验项目建设与实践

针对新能源发电与并网技术课程实验教学设备不能满足教学需求的问题,构建光伏发电并网系统虚拟仿真实验项目。首先,通过StarSim软件搭建仿真电路模型;其次,通过设置太阳辐照度、电池组件并联组件数,改变光伏发电功率;最后,采用Boost升压斩波电路,调节光伏阵列的端电压,进而实现光伏阵列的最大功率点跟踪。

Distributed Cooperative Secondary Voltage Control in an Unbalanced Microgrid

The negative-sequence reactive power-conductance(Q^(−)-G) droop control strategy is a conventional method to compensate for the output unbalanced voltages in an islanded MG.Nevertheless, the conflict between unbalanced voltage compensation and negative-sequence reactive power sharing, caused bythe impedance mismatching of distribution lines and distributedgenerators, has not been solved only by Q^(−)-G droop control.In this paper, a distributed cooperative secondary unbalancedvoltage control strategy is proposed to decrease the outputvoltage unbalance factor (VUF) of each droop-controlled DG,as well as to further enhance the negative-sequence reactivepower sharing effectiveness among DGs by properly shiftingup and down the Q^(−)-G droop characteristics of each DG.An algorithm for adaptive VUF weight coefficient is proposedto better suppress VUF under severe imbalance conditions.Furthermore, a negative-sequence small-signal model of an MGunder an unbalanced condition, considering the communicationdelay time of the proposed SUVC, is established to analyze thesystem’s stability and transient performance under the influenceof some critical parameters. Finally, the effectiveness of theproposed strategy is validated by the simulation results froma real-time emulator of StarSim HIL.

基于优化MPPT算法的光储能量管理系统的研究

针对光伏储能系统中多种工作模式间自由切换时的供电可靠性问题,以Lab VIEW2015为软件开发平台,开发设计了独立的光储能量管理系统。同时改进光储能量管理系统MPPT算法,采用变步长扰动算法减小系统启动时的功率波动,保证外部条件变化时的动态跟踪性能,减小MPPT点附近的功率波动,提高光伏系统能量利用率。根据母线以及储能电池的端电压,确定了能量管理系统的5种工作模式,确保系统的快速响应以及高效运行。最后,在已搭建的实验平台中验证了所提出的能量管理方法的有效性。