新型贯通式同相供电变换器拓扑及控制技术研究

Continuous co-phase traction power supply system can realize asynchronous interconnection between public power system and traction network through three phase ac-dc-single phase ac converter. It can eliminate phase separation in traction substation and close the breaker in section post, which can completely solve the problem of negative sequence current and phase separation problem and will be the trend of electrified railway. This project proposes split-capacitor-type modular multilevel converter(SCT-MMC) topology and studies control strategy for continuous co-phase traction power system. Compared to existing topology, this topology has the advantage of less transformer and switching devices and has great application prospect. After analyzing operation principle and parameter design method, optimized control algorithm of bridge arm current of rectifier side converter, voltage waveform control of inverter side converter under energy feedback condition and voltage balancing of split capacitors will be studied. After that, coupling mechanism among source, network and load in continuous co-phase traction power supply system will be analyzed. Dominant influencing factors and universal principle will be derived . At last, based on result of theoretical research, experimental prototype will be established to verify the correctness of proposed topology and control strategy.

贯通式同相供电系统通过“三相交流-直流-单相交流”变换器实现公共电网与牵引网的异步互联，可以取消牵引变电所内的电分相，并且将分区所断路器闭合，彻底解决电气化铁路的负序和电分相问题，是我国电气化铁路的发展方向。本项目提出一种基于分裂电容式模块化多电平变流器的贯通式同相供电系统变换器拓扑并对其关键控制技术进行研究。与现有拓扑相比，所提拓扑具有变压器数量少、桥臂及开关器件数量少等优点，具有良好的应用前景。本项目拟在分析电容分裂式MMC变流器运行原理及参数设计方法的基础上，研究整流侧MMC变流器的桥臂电流优化控制技术、逆变侧MMC变流器在能量回馈条件下满足牵引网电压波形要求的控制技术、分裂电容电压平衡控制技术。接着，分析贯通式同相供电系统“源-网-荷”之间的耦合机理，揭示影响系统稳定性的主要因素和具有普遍性的规律。最后，在理论研究的基础上，建立实验样机，对所提出的拓扑及控制策略进行实验验证。

基于三相交流-直流-单相交流变换器的贯通同相供电系统能够实现公共电网与牵引网的异步互联，彻底解决电气化铁路的负序和电分相问题，是我国电气化铁路的发展方向。本项目提出一种基于分裂电容式模块化多电平变流器的贯通式同相供电系统变换器拓扑，并对其关键控制技术进行研究，主要内容包括：1)通过矢量分析，研究贯通式同相供电系统装置的工作原理，提出主回路参数的设计方法。2)提出整流侧MMC变流器的桥臂电流优化控制策略、逆变侧MMC变流器在能量回馈条件下满足牵引网电压波形要求的控制控制策略、环流抑制策略以及分裂电容电压平衡控制策略。3)建立逆变侧MMC变流器和机车变流器的谐波状态空间阻抗，阐明贯通式同相供电系统“源-网-荷”之间的耦合机理，并通过奈奎斯特稳定判据分析系统的稳定性。4)建立实验样机，对所提出的拓扑及控制策略进行实验验证。本项目的研究成果，可以为未来贯通式同相供电系统的工程应用提供技术积累和支撑。