【摘 要】
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随着19世纪全世界第一条城市地铁—英国大都会地铁的建成,地铁已然成为城市交通运输不可或缺的交通方式,我国地铁的发展相对比较成熟,与其他城市交通方式相比,地铁具有运行速度快、运输流量大以及几乎不污染环境的特点。随着我国地铁运营里程的不断增加,地铁牵引供电系统中产生的谐波污染以及无功问题对公共电网的电能质量影响巨大。本文基于地铁牵引供电系统产生的谐波污染以及无功问题,提出采用电力有源滤波器（APF,A
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随着19世纪全世界第一条城市地铁—英国大都会地铁的建成,地铁已然成为城市交通运输不可或缺的交通方式,我国地铁的发展相对比较成熟,与其他城市交通方式相比,地铁具有运行速度快、运输流量大以及几乎不污染环境的特点。随着我国地铁运营里程的不断增加,地铁牵引供电系统中产生的谐波污染以及无功问题对公共电网的电能质量影响巨大。本文基于地铁牵引供电系统产生的谐波污染以及无功问题,提出采用电力有源滤波器（APF,Active Power Filter）和静止无功发生器（SVG,Static Var Generator）分别对地铁牵引供电系统的谐波污染和无功问题进行治理,在分析APF和SVG工作原理的基础上,构建相应的数学模型,对其各部分元件的参数进行计算,对参考指令电流检测方法进行研究,重点研究了APF和SVG各自的控制策略,并利用Matlab/Simulink软件搭建仿真模型进行验证。在参考指令电流检测方法的研究中,首先介绍了广泛应用于三相系统的瞬时无功功率理论,进一步深入研究了在瞬时无功功率理论基础上发展而来的ip-iq检测法,研究发现基于瞬时无功功率理论的ip-iq检测法使用的低通滤波器（LPF,Low Pass Filter）输出电流信号中存在二倍频分量,针对这一问题本文采用陷波滤波器滤除其中的二倍频分量,提高检测过程的精确度。而针对基于瞬时无功功率理论的ip-iq检测法存在坐标变换造成的延时高等问题,提出一种不需要进行坐标变换构造虚拟β相的改进型ip-iq检测法。最后通过Matlab/Simulink软件仿真验证了经过改进的ip-iq检测法具有实时性好以及精确度高的优点。在APF和SVG各自的控制策略研究中,在APF控制策略的研究中,对传统比例积分（PI,Proportional Integral）控制器和准比例谐振（QPR,Quasi-proportional Resonance）控制器的工作原理进行了分析,提出采用PI+QPR综合控制策略对APF输出的补偿电流进行跟踪控制,利用QPR控制器准确跟踪谐波电流中的3次谐波,而其余次谐波电流仍然采用PI控制器跟踪控制。在SVG控制策略的研究中,介绍了补偿电流间接控制和补偿电流直接控制两种常用的控制方法,针对间接控制存在需要通过中间变量跟踪控制SVG补偿电流的问题,选择了不需要通过中间变量就能跟踪控制SVG补偿电流的直接控制方式,这种控制方式不仅具有很高的响应速度,而且减小了系统的检测误差。在APF和SVG协同控制策略的研究中,为了合理利用APF和SVG的补偿容量,提出一种协同控制方式,对参考指令电流进行优化配置,提高补偿的精度。最后针对各自的控制策略分别建立了相应的仿真模型。最后利用Matlab/Simulink平台建立各自的仿真模型,通过不采取任何治理措施、单独投入APF和同时投入APF和SVG进行综合治理三种情况下的仿真,验证了APF和SVG各自控制策略的可行性,仿真结果表明采用协同控制策略的APF和SVG的补偿容量得到了充分的利用,系统谐波含量明显降低,无功补偿效果显著。
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