摘要: 牵引网是电气化铁路的核心供电部分。一方面，由于单相供电制式以及电力机车的非线性、间歇性、冲击性等工作特性，牵引网存在严重的电能质量问题，必须采取有效的补偿措施实现综合治理；另一方面，可再生能源发电、储能以及微网的研究取得了长足的发... 展开 牵引网是电气化铁路的核心供电部分。一方面，由于单相供电制式以及电力机车的非线性、间歇性、冲击性等工作特性，牵引网存在严重的电能质量问题，必须采取有效的补偿措施实现综合治理；另一方面，可再生能源发电、储能以及微网的研究取得了长足的发展，但是在电气化铁路牵引网中的应用研究鲜有报道。将电能质量调节器与直流微网结合应用于牵引网具有显著的意义。 本文针对电气化铁路牵引网高压、单相、大容量的特点，提出了一种含直流微网的新型结构的电能质量调节器。直流微网变换器均采用三电平结构，由直流母线侧接入电能质量调节器。为了实现电能质量调节器的高压、大容量，提出混合级联81电平结构；为了提高电流补偿的动态性能，采用81电平变换器与PWM变换器串联的方案。详细阐述了新型电能质量调节器各组成部分的工作机理。 针对直流微网，分析了三电平变换器的四种开关状态、两种工作模式以及中点电位偏移的原因。研究了三电平变换器的调制策略和中点电位偏移的抑制方法。并对分布式发电和分布式储能分别提出了相应的控制方案，最后分析了直流微网并网运行时能量管理的优化调度模型。 针对混合级联81电平变换器，提出一种通过正弦波剖分计算导通角的阶梯波调制算法。推导了81电平阶梯波基波电压与直流母线电压间的关系，通过控制直流母线电压，实现了81电平变换器基波电压与牵引网基波电压的相抵消。接着，计算了四个H桥的功率分布，分析了该拓扑结构及调制算法在提高功率变换效率方面的优势。 针对PWM变换器，利用变压器短路阻抗作为输出滤波器，分析了其两端承受的低电压及在提高电能质量调节器动态特性方面的优势。推导了基于移相构造法的指令电流运算方法以及有功优化模型，介绍了无功优化的基本策略。确定了PWM变换器的指令电流跟踪策略。 最后，利用MATLAB搭建了含直流微网的牵引网新型电能质量调节器的仿真模型，验证了该方案应用于电气化铁路时不仅具有优良的谐波抑制与无功补偿能力，而且具有可再生能源发电接入及牵引网削峰填谷能力。 收起