（电力系统及其自动化专业论文）基于三电平pwm整流器的地铁牵引供电系统.pdf

东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他入已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 研究生签名： 牝眺拙 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图二 弓馆有权保留本人所送交学位论文的复 印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和 纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包 括以电子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 繇样名嘏嗍幽蛐日 3 摘要 摘要 目前我国城市地铁牵引供电系统主要采用7 5 0 v 或1 5 0 0 v 直流供电制式。一方面，由 于采用二极管不控整流，存在着直流电压不可控、电压波动大、对电网谐波污染严重等缺 点；另一方面，地铁列车具有特殊的运行工况：频繁的快速起动和快速制动。快速起动时， 需要的牵引功率大，电压迅速跌落；快速制动时，制动能量向直流母线同馈，使得直流母 线电压升高，如果直流电压超过限制值，会引起与直流母线相连接的设备损坏，甚至产生严 重的安全事故。当直流电压超过安全范围时，一般在牵引变电站中采用电阻耗能方式消耗 掉多余的能量，这就造成了能源浪费的问题。p 删整流器具有功率因数高，谐波含量低的 特点，并且p 删整流器能够实现能量的双向流动，因此本文提出用能量可双向流动的大功 率三电平p 咖整流器米取代二极管不控整流器，从而达到节约制动能量的目的。 本文首先分析了地铁牵引供电系统拓扑、牵引整流变压器的等值电路和数学模型、三电平 p 删整流器的电路拓扑、三电平p 喇整流器在三相a b c 及同步旋转d q 坐标系卜的数学模型，并 在系统数学模型的基础上对主电路中电感和电容元件的参数选择进行相应的推导；接着详细分 析了三电平s v p 删传统算法，并在此基础上研究了三电平s v p w m 简化算法，同时对该三电平s v p 嘲 简化算法在d s p 开发极上进行实验验证，并重点研究三电平变换器的一个f i l i 有问题一中性点 电压平的衡问题，采用模糊算法对中性点电，乐平衡进行控制：随后本文研究了三电平p w m 整流 器的控制原理，并在此基础上对p 删整流器的并联控制方式进行了分析，提出基于载波移 相控制的多p 删整流器并联控制的设计思想；最后本文对新型地铁牵引供电系统进行了仿 真研究，仿真分析了整流上况、逆变t 况、整流逆变- t 况切换、空载到额定负载的过渡过 程、同时分析了载波移相控制的网侧稳态电流谐波，最后根据仿真结果得剑了不同负载下 的能量转换效率。 多种不同工况的仿真结果表明基于三电平p 删整流器具有输入电流正弦性好、能量转 换效率高、可获得单位功率冈数、可实现能量双向流动、谐波干扰小等优势，同时验证了 所提出的控制方法和系统参数设计方法的正确性，以及三电平p 删整流器在地铁、轻轨等 直流牵引供电系统中用作牵引整流器的可行性。 关键词：地铁牵引供电系统、p 硼整流、三电平s v p 删、中性点平衡、并联控制 a b s 仃a c t a b s t r a c t a tp r e s e i i t ，c l l i l l au 而弛m e 仃0 扛a c t i o np o w e rs u p p l ys ) r s t 咖i sm a i n l yu s e d7 5 0 v0 r15 0 0 v d cp 0 、栅跚) p l ys t a l l d a r d o nt 1 1 e0 n eh a n d ，d u et ot l l eu s eo fn o n _ c o n 仃o l l e dr e c ：t i f i e rd i o d e ， t h e 托i sn od cv 0 l t a g ec o n 们l ，l a 玛ev o l t a g en u c t i l a t i o n s ，s 酣o u sp o l l u t i o no ft l l ep o w 盯 h 枷砌c st 0p o w e r 鲥da n do t l l e rs h o n c o m i n g s ；o nt h eo m e rh a n d ，s u b w a y 昀i i lh a ss p e c i a l 0 1 ) e m t i n gc o n d i t i o n s ：f 瓠ts t a na n df 如tb r a k i l l gf k q u e n t l y w h e i lq u i c ks t a r t ，t h e r en e e d sl a 唱e 们c t i o np o w e rw h i c hl e a d sm p i dv o l t a g ed r o p ；w h 饥f a s tb r a k i i l g ，b r a k i n g 即e r g y 、) l ，i l lf e e d b a c k t o 吐l ed cb u s ，m a k i n gn l ed cb u sv o l t a g ei n c r e 弱e ，i f t h ed cb u sv o l t a g ee x c e e d sm el 碱t e d v a l u e ，廿l a t 丽l lc 锄s et l l ee q u i p m 铋tc o n n e c t e dw i mt l l ee cb u sd a l i l a g e ，锄de v 锄i n c i t ea s e f i o u ss e c u 一哆i i l c i d e n t s w h e nt l l ed cv o l t a g ee x c e e d ss a f cl e v d ，a n dg e n e r a l l yc o n s u m e st l l e e x 舰e n e 唱yi nu o fr e s i s t a n c ei l l 旬m c t i o ns u b s t a t i o n ，w h i c hr e s u l t si i lw a s t eo fe n e 略yi s 跚嚣 p w mr e c t i f i e r 谢t hh i 曲p o w e rf a c t o r 锄dl o wh 猢0 n i cc o n t 曲t 砌t l l 麟，狮dc 锄a c h i e v e t w o - w a yf l o wo f 铋e i ：g 弘s om i sp a p e rp i d p o s e dl a 唱ep o w e rt i l i - 1 e 、试p w mr e c t i f i e rw h i c h n 化a l i z eat 、j l i 伽、a yn o wo f e r g yt or e p l a c et l l ed i o d eu n c o n 昀l l c di i e c t i f i s o 髂t oa c h i e v em e p l l r f l o s eo fe i i e r g y 鼢、，i i l g t h i sp a p e rf i l l s ta n a l y z 嚣t l l et o p o l o g yo f 跳b w a y 缸a c t i o np o w e rs u p p l me q u i v a l 饥tc i r c u i t 柚dm a t l l e m a t i c a lm o d e lo f 劬c t i o nr e c ：“f i e rn 彻s f o 珊c i r c l l i tt o p o l o g ) ，o f u 一l e v e lp w m r e c 俩t l l em a m 锄a t i c a lm o d e lo f 缸- l e v e lp w mr e c t i f i e ri i lm em r e e l p h a s ea b - c 锄d s y n d l r o n o u sr o t a t i n gd _ qc o o r d i n a t es y s t e m ，a n db a s e d 伽t l l em a t h 锄a t i c a lm o d do fs y s t 锄 d e r i v e dp 扰曲e 储弓o fi i l d u c t a n c ea n dc a p a c i t 觚c ec o n 巾o n 饥t si i lt h em a i l l 商m l i t ；f 0 l l o w e db ya d e l a i l e ds t i l d yo fm e 讹d i t i o n a lt l l i e e l e v e ls v p w ma l g 嘶t l l i n ，a l l d0 nt l l i sb a s i s ，m a k e 肌a 1 ) ，s i s o ft h es i m p l i f i e dt l l i - l e v e ls v p w ma l g o r i n l i n ，m e 锄w h i l ev 撕母n l es i m p l i f i c dt l l 】船- l e 、谫 s v p w ma l g o r i t l l mi nd s pd e v e l o 舯tb o 捌，锄d 妣u s 铭伽姐i i l l l e 嘲tp f o b l 锄o fm e t l l r e e - l e v e lc o n 、嘲r t t 矛一t l l en e u 仃a lp o i i l tv o l t a g eb a l 锄c i i l gp r o b l e m ，a n dp u tf o n v a r daf i l 2 z y c o n n - o la l g o m mo fn 仃a lp o i l l tv o l t a g eb a l 觚c e ；s u b s e q u t l yt l l i sp a p e rs t u d i c sl h ec 伽仃0 l t h e 0 巧o ft l l r 。e - l e v e lp w mr e c t i f i 锄d 仰t l l i sb 觞i s ，豫潮眦h 岱t l l ec o n 咖lm e m o do fp a r a l l e l p w mr e c t i f i e 璐，a n dp r o p o s 铺m ed e s i 印i d e ao f 姗l l t i - r e c t i 触p a r a l l e lc o r l 仃o lb 觞e do nm e c a f r i 盯p h 鸹e - s h i r e dp w m ；f i l l a l l y t l l ep a p e rc a r r i 嚣o u tas i i i m l a t i o ns t u d y 伽m en e ws u b 、a y 蛔c t i o np o w 盯p p l ys ) ，s t 锄，s i m u l a t i o n 锄a l y s i so f l er e c t i f i e ro p e r a t i n gm o d e ，i i l v e r t 盯 叩e r a t i n gm o d e ，r e c 石f i e r i n v e r t e rs 、j l ，i t c h i i l go p e f a t i i l gm o d e ，岫s i t i o np r o c 髑so f 锄p t ) rl o a dt o 豫t e dl o a d ，m a k en e t s i d es t e a d y - s t a t ec t m _ 铋th a m o n i ca n a l ) r s i su n d e rd i f f 旨锄ts w i t c h i i l g f e q u e n c 弘硒a l l yo b t a i n 伪t h ee n e 玛yc o n v e r s i o ne 任i c i e n c yu n d e rd i 任咖t1 0 a db a s e do nn l e s i m u l a t i o nr e s u l t s s i n m l a t i o nm s u l t so f 谢0 u sw 1 ) r l ( i i l gc o n d i t i o np r o v e h 优- i e v c lp w mr e c t i f i e rh 勰 “i v a n t a g eo f9 0 0 ds i n u s o i d a li l l p u tc l l l 豫l t ，a c c e s st ou n i tp o w e rf a c t o r ，a b l i n gt 、帕- w a yf l o w o fe n e 唱弘s m a l lh 锄o n i ci n t e r f e r e n c e ，m e a n w h i l ev e f i 匆t l l ep r o p o s e dc o n 仃o lm e m o da n d s y s t e i i lp 撇m e t 钉d 髑i 印m e m o di sc o r r e c t ，l l l sv 甜母m ef 萌s i b i l i t ) ，o fu s i n gm r l e v e lp w m r c c t i f i c r 勰帆c t i o nr e c t i f i e ri l li nt l l es u b w a ml i 曲tm i l 锄do t l l e rc 屺妇c t i o np o ，盯跚p p l y 奶，s t a n k e y w o r d s ：s u b w a y 仃a c t i o np o w e rs u p p l ys y s t 咖，p w mr e c t i f i t h r e e - l e v e ls v p w m ，n e u 姚l p o i i l tb a l 锄c e ，p a m l l e lc o n t r o l i l 目录 目录 摘要i a b s 仃a c t 一i i 目录i i i 第一章绪论1 1 1 课题背景和研究意义卜 1 2 地铁牵引供电系统2 1 2 1 组成2 1 2 2 运行方式3 1 3p w m 变换器在轨道交通中的应用3 1 3 1p w m 逆变器在轨道车辆中应用3 1 3 2 基于p w m 变换器的制动能量吸收装置4 1 4 论文主要： 作5 第二章地铁牵引供电系统分析和建模7 2 1 地铁牵引供电系统拓扑7 2 2 牵引供电系统系统建模8 2 2 1 牵引变压器建模一8 2 2 2 三电平p 硼整流器拓扑1 0 2 2 3 三电平p w m 整流器建模1 2 2 3 主电路参数设计1 5 2 3 1 交流侧电感设计1 5 2 3 2 直流侧电容设计1 8 2 4 本章小结2 0 第三章三电平电压空间矢量调制算法2 l - 3 1 三电平s v p w m 传统算法21 3 1 1 三电平s ，w m 传统算法2 l - 3 1 2 扇区判断和区域判断2 2 3 1 3 电压空间矢量作用时间计算2 3 3 1 4 减小开关损耗的s ，w m 调制算法2 4 3 2 三电平s ，w m 简化算法2 5 3 2 1 两电平s v p w m 算法2 6 3 2 2 七段式调制开关调制模式2 7 3 2 3 两电平s ，w m 算法实验验证2 9 3 2 4 三电平s v p w m 简化算法3 0 3 2 5 三电平s v p w m 简化算法实验验证31 3 3 中性点平衡控制研究3 3 3 3 1 中点电压波动分析3 3 3 3 2 中点电压的平衡算法3 4 3 3 3 中点电压平衡的模糊控制3 5 3 3 4 中性点平衡s ，w m 算法仿真3 7 3 4 本章小结3 8 i i i 目录 第四章地铁牵引供电系统的控制策略研究3 9 4 1 三电平p w m 整流模块的控制3 9 4 1 1 三电平p w m 整流器的电网电压定向控制3 9 4 1 2 双环控制系统设计4 0 4 1 3 抗负载电流扰动的前馈控制器设计4 6 4 1 4 直流侧电压检测4 7 4 1 5p w m 整流器能量双向流动分析4 8 4 2p 嘲整流器的并联控制方式5 0 4 2 1 集中控制5 0 4 2 2 独立控制51 4 2 3 主从控制51 4 3 新型地铁牵引供电系统的控制5 2 4 3 1 载波移相控制技术5 3 4 3 2 载波移相s v p w m 技术5 3 4 3 3 三电平p w m 整流模块的并联控制5 5 4 4 本章小结5 6 第五章新型地铁牵引供电系统仿真研究5 7 5 1m a t l a b s i m u l i l i l ( 简介5 7 5 1 1m a t l a b 的特点5 7 5 1 2s i m u l i i l l 【工具箱5 7 5 1 3s i m p o w e r s y s 模块库5 8 5 2 基于m a t l a b s i m u l i i l l ( 的仿真系统5 8 5 3 仿真结果及分析6 0 5 3 1 整流工况6 0 5 3 2 整流和逆变切换6 1 5 3 3 空载剑额定负载6 2 5 3 4 电流谐波分析6 4 5 3 5 效率分析“ 第六章总结与展望，6 6 6 1 全文总结6 6 6 2 后续：i = 作展望6 6 参考文献6 7 攻读硕士学位期间的科研成果7 0 致谢7 1 i v e 第一章绪论 1 1 课题背景和研究意义 第一章绪论 随着国民经济的快速发展，城市化进程的不断加快，城市客运量大幅增长，在一些特大城市， 单纯采用常规公共交通系统已经远远不能适应我国城市现代化发展的实际需要了。城市轨道交通在 资源节约、环境保护和运输效率等方面具有很大的优势。城市轨道交通建设麻不仅仅局限于缓解城 市交通的拥堵问题，同时更应该站在国家能源战略、城市化战略的高度，从节约能源、统筹社会发 展、转变政府职能、改善人民生活等方面，全面理解城市轨道交通的建设意义。 发展城市轨道交通，是城市公共交通战略的重要内容，是促进我国城市健康发展的重要战略。 城市轨道交通将成为特大城市公共交通的骨干，人中城市的主要公共交通方式，不仅将为改善群众 出行作出重大贡献，其建设也是拉动内需的重要举措。据统计，每投资l 亿元的轨道交通项目，可 带动g d p 增长2 6 3 亿元，增加8 0 0 0 个以上的就业岗位。城市轨道交通每百人公里的人均能耗是小汽 车的l 2 0 。在占用十地资源方面，城市轨道交通为0 2 平方米，而公共电汽车、小型轿车、摩托车、 自行车分别是它的4 6 倍、1 1 5 倍、1 0 0 倍和5 0 倍。根据2 0 0 8 年国家统计年鉴，全国城市4 0 0 万人 口以上1 3 个，2 0 0 4 0 0 万人口2 6 个，1 0 0 一2 0 0 万人口7 9 个，5 0 1 0 0 万人口1 1 1 个，城市轨道交通 的发展前景广阔川。 当前，我国城市轨道交通进入了一个快速发展的时期，北京、天津、上海、广州、深圳、南京、 重庆、武汉、大连、长春十个城市已经开通运营的线路总长达7 7 0 公里。上述十个城市加上正在建 设的沈阳、成都、杭州、西安、苏州共十五个城市在建线路总长达到1 1 0 0 公里。同时，还有青岛、 宁波、郑州、厦门、东莞、昆明、长沙、乌鲁木齐、南宁、济南、兰州、太原、福州、厦门、合肥、 无锡、贵阳、烟台、石家庄等城市正在进行轨道交通规划建设的前期工作。按目前每年开1 ：建设1 0 0 1 2 0 公里线路的发展速度，到2 0 2 0 年我国建设城市轨道交通线路将达到2 0 0 0 2 5 0 0 公里规模。尤 其是北京、上海、广州三个特人城市轨道交通网络已经初步形成。北京市在2 0 0 9 年地铁4 号线开通 运营以后，运营总里程将达到2 3 0 公里，2 0 1 0 年达剑3 0 0 公里，2 0 1 5 年将形成三环、四横、五纵、 七放射，总长5 6 l 公里的轨道交通网络。届时，北京轨道交通每天的运力将达到1 0 0 0 万至1 2 0 0 万 人次。上海轨道交通目前开通运营的线路总长2 3 0 公里。在建线路总长1 9 3 公里，到2 0 1 0 年将实现 4 0 0 公里的轨道交通网络，为成功举办上海世博会提供便捷的交通服务。广州目前运营线路总长1 1 6 公里，在建1 2 9 公里，2 0 1 0 年将达到1 8 2 公里。据建设部最新统计资料显示，中国内地现已有北京、 上海、广州等1 0 个城市陆续修建了城市轨道交通系统并已投入运营，建成投入运营或试运营的线路 共有2 2 条，总里程6 0 2 公里。此外，在北京、上海、广州等1 2 个城市中，有3 6 条城市轨道交通线 路正在建设。在未来1 0 余年里，我国1 5 个城市( 含3 个已获国家批复将于近年开工的城市) 建设 轨道交通线路总长约1 7 0 0 公里，总投资将会达到6 2 0 0 亿元弘j 。 地铁、轻轨等城市轨道交通是城市公共交通的重要组成部分，它具有运量大、速度快、环保无 污染等优点，随着城市的发展，其将在城市公共交通中起剑越来越重要的作用。目前，全国各大城 市尤其是中心城区的交通拥挤状况日益严重，居民出行质量日益下降，导致越米越多的人出行选择 城市轨道交通。特别是在北京、上海等经济发展快速的城市，轨道交通所体现的价值显得尤为重要。 目前我国城市轨道交通地铁牵引供电系统主要采用7 5 0 v 和1 5 0 0 v 两种直流供电制式，一方面， 由于采用二极管不控整流，存在着直流电压不可控、电压波动大、对电网谐波污染严重、制动能量 无法有效利用等缺点；另一方面，地铁列车具有特殊的运行上况：频繁的快速起动和快速制动。快 速起动时，需要的牵引功率大，电压迅速跌落；快速制动时，制动能量向直流母线回馈，使得直流 东南大学硕士学位论文 母线电压升高，如果直流母线电压超过限制值，引起与直流母线相连接的设备损坏，甚至产生严重的 安全事故。当前在直流电压超过安全范围时，一般采用在牵引变电站中用电阻耗能的方式消耗掉多 余能量，这就造成了能源浪费的问题。 因此，研究具有高功率因数、低谐波含量，直流电压稳定且具有能馈作用的新型城市轨道交通 牵引供电系统是未来的发展方向。 1 2 地铁牵引供电系统 地铁牵引供电系统基本上采用直流牵引供电，电压等级多为d c 7 5 0 和d c l 5 0 0 v 。这主要由城市 轨道交通系统的特点决定p j 的： ( 1 ) 城市轨道交通系统多穿行于市区或者地下隧道，电气牵引线路的走廊空间有限，不适合高电 压等级的牵引系统； ( 2 ) 车辆运行密度大，运行间距短，频繁起动、加速、惰行和制动。对于城市轨道交通车辆来说， 采用直流供电具有调速范围人、调速方便、易于控制、车辆起制动平稳、投资省、电压质量高等优 点。它不但适合于电阻起动控制方式，而且也适合川于斩波调压和变频调压等控制方式。冈此，城 市轨道交通车辆无论采用直流牵引电动机还是交流牵引电动机，旋转传动方式还是直线电动机传动 方式，都采用直流供电方式。 1 2 1 组成 地铁牵引供电系统由两部分组成：牵引变电所和牵引网。在城市地铁牵引供电系统中，电能从牵 引变电所经馈电线、接触网送给电动列车，再从电动列下经钢轨( 也即轨道同路) 、回流线流同牵引 变电所。由馈电线、接触网、轨道回路及同流线组成的供电网络就成为牵引供电网。牵引供电系统 即由牵引供电变电所和牵引供电网组成。其中牵引变电所和接触网是牵引系统的主要组成部分。接 触网按其结构可分为架空式和接触轨式；按其悬挂方式又可分为弹性接触网和刚性接触网。习惯上， 由于接触轨式是沿线路敷设的与轨道平行的附加轨，因此又被称为第三轨；而采用架空方式时，才 成为“接触网”。地铁牵引供电系统如图1 1 所示，其各部分功能如下： l a 牵r j l 变t 【l 所 ll b 乖f j f 变l 乜所 i c 牵- j i 变i 也所 i 馈， 越区隔离1 r r1 r1r1r 朱骷 q s 2 南 接触网 丽雨， l i ( o 时，电流从交流侧经圪3 和 见6 流向中性点n ，当a 相电流 6 e 。( e 。为相 电压有效值) ，再考虑到v d c 3 e m 2v i 3 ，取相电压有效值为5 6 0 v ，i 。x l ( 2 _ 4 9 ) 实际上上式通常不能满足，也即按跟随性指标和抗扰性指标设计出来的电容值通常是 矛盾的。因此，可考虑在暂态过程中，在时刻负载发生变化，引起直流侧电压波动的幅 值为： o 吁 2 吉n ( f ) 一f l ( f ) m ( 2 - 5 0 ) 其中r 为调节时间，f o ( f ) ，f l ( f ) 分别为负载电流和整流器的输出电流，调节时间r 的大 小是由电压环的响应速度决定的。因此可以通过动态调节过程中的能量平衡来计算出电容 的大小。设负载功率的最大变换量为，考虑整流器的最火惯性延迟时间k ，电压 波动量的最大值。，直流侧电容所需提供的最大能量为： w ：半( 2 - 5 1 ) w = _ 竺二! ! lf 2 5 l 、 于是得到输出电容的取值为 q 篆等 以上的电容参数的设计只能得到一个参考的取值范围，本文介绍一种基于功率守恒的 直流侧电容简化设计f 1 9 删，如下： p 删整流器交流侧的输入功率为： s l = “，f ( 2 5 3 ) 式中：l l r 为交流侧电压瞬时值，i 为整流器交流侧电流瞬时值。 p 雕整流器直流侧的输出功率为： j 2 = k ( 2 5 4 ) 式中：u d c 为整流器交流侧电压瞬时值，i d c 为整流器交流侧电流瞬时值。 根据功率守恒原理，有： p f = c ，如 ( 2 5 5 ) 当p 删整流器工作在单位功率因数时，网侧电源电压e 和i 同相位，而由于电感的作用， 整流器交流侧电压u 端 后网侧电源电压e 一个角度6 。 不妨假设 p ：轭童s i n ( 刎)( 2 5 6 ) 1 9 东南大学硕士学位论文 则 f = 历s 叫研)( 2 5 7 ) ”，= 互d ，s i t ( 研一回( 2 5 8 ) 将式( 2 5 7 ) 一( 2 5 8 ) 代入式( 2 5 5 ) 得： = 亟些宅些= 罢【c o s 跏。s 删2 妒。i n 汹( 2 训( 2 _ 5 9 ) = ，d o 一几2c o s 万c o s ( 2 耐) 一互l 2 伽万s i i l ( 2 c 甜) 从式( 2 5 9 ) 可以看出，p w m 整流器直流侧电流包含两个分量：一个是直流分量i d o ，全部流 入负载r ，另一个为2 倍电网频率的交流分量、2i d 2 。对两倍电网频率，电容的交流阻抗相对 负载而言很小，冈此可近似认为直流侧电流的交流分量儿乎全部流入电容c 。 p w m 整流器系统功率静态平衡时，有 c 么乃o = 日= 户( 2 6 0 ) 式中e 为网侧电源电压有效值，p 为系统输出有功功率。 由式( 2 5 9 ) 知： 厶o = 2 ，d 2c o s 万( 2 6 1 ) 代入式( 2 6 0 ) ，得： p = 【么2 厶2c o s 万( 2 6 2 ) 假设二次谐波电流i d 2 在电容c 上产生的谐波电压为u 2 ，而系统要求的谐波电压限定为输 出直流电压的p 倍，因此有i d 2 = 2 cu 2 = 2 眦u d ，并将其代入式2 - 6 2 ) ，得： c = f - _ ( 2 6 3 ) 2 2 a 必乃c o s 万 。 p 删整流器在单位功率因数条件下，有： c o s 占= 1 = = 垒：一 ( 2 6 4 ) e 2 + ( 砒) 2 将式( 2 6 4 ) 代入式( 2 6 3 ) 即得电容c 的参考计算公式： c ：掣掣 ( 2 6 5 ) 2 2 缈u ；e 根据上式计算出的电容值，再结合前面的电容的取值范围，就可以确定一个合理的电容 值了。 根据式( 2 5 2 ) ，假设t n 撒= o 1 s ，p 呦。= 1 0 p o ，v 螂= 2 0 v 如，计算得q 1 6 6 7 矿；根 据式( 2 6 5 ) ，代入系统参数，且取0 0 5 ，计算后得到c = 1 6 8 1 9 旷，综合考虑实际情况，取 c = 2 2 0 0 妒，而对于三电平p 删整流器，直流侧有两个电容串联而成，因此取c l = c 2 = 4 4 0 0 心。 2 4 本章小结 本章首先分析了地铁牵引供电系统拓扑结构，然后推导了地铁牵引供电系统中的核心 元件幸引变压器和三电平p w m 整流器的数学模型，最后在推导出的系统数学模型的 基础上对整流模块中的电感元件和电容元件的参数选择进行了理论分析和计算。 2 0 第三章三电平电压窄间矢量调制算法 第三章三电平电压空间矢量调制算法 3 1 三电平s v p w m 传统算法 用电压空间矢量脉宽调制( s p a c e 、铳t o rp u l s ew i d t hm o d u l a t i o n ) 的方法控制三电平变换 器，与s p 删控制相比，其直流电压利用率要高一些，在调控输出电压基波人小的同时也可 以减少输出电压中的谐波，并且通过合理的选择开关状态的转换顺序可以减少变换器状态 变换时开关通断的次数，因此在