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针对城轨列车能量回收过程中,当交流电网中存在谐波或电网电压畸变时,传统锁相环难以检测出电网电压同步信号等问题,本文实现了一种基于二阶广义积分器的改进的数字锁相环,很好地解决了将城轨列车回收能量回馈交流电网时锁相问题。仿真分析和实验结果表明,该数字锁相环在交流电网处于复杂工况时,能快速准确跟踪上电网基波电压相位,证实此方法在并网锁相时具有良好的效果。
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电子设计工程
Electronic Design Engineering
第 27卷
Vol.27
第 17期
No.17
2019年 9月
Sep. 2019
收稿日期:2018-12-07 稿件编号:201812032
作者简介:何松原(1990—),男,江苏连云港人 ,硕士研究生,助教。研究方向:电力电子与电力传动。
目前城市轨道交通以其安全可靠、污染小等优
点正在飞速发展,牵引供电系统性能是城市轨道交
通的核心部分,也是衡量一个城市轨道交通系统性
能的优劣的关键
[1]
。国内的城市轨道交通直流牵引
供电系统电压等级为 1 500 V 和 750 V。牵引供电主
要是通过多脉波整流器对牵引变电所提供的交流电
直接进行整流供城轨列车使用。而多脉波整流器多
采用二极管不控整流,由于二极管的单向导电性,导
致了能量只能从交流侧流向直流侧,这会产生大量
谐波
[2]
。当列车处于重载工况时,接触网直流侧电压
将被拉低;当列车制动工况时,若制动产生的能量不
能被及时回收,累计过多的能量会抬高接触网直流
侧的电压,从而对挂网设备安全性造成影响
[3-4]
。
由于城市轨道交通中的交直流用电设备较多,
不可避免的会产生大量谐波。加上多脉波整流器产
生的谐波,这就造成了城市轨道交通供电系统中积
累了大量谐波,谐波会严重影响城轨列车上用电设
备的使用和安全。因此,文中采用 PWM 整流器作为
牵引供电系统的整流单元,PWM 整流器可以实现能
量的双向流动,输出特性可控
[5]
。当列车处于重载工
况时,PWM 整流器通过闭环调节可以控制直流侧输
出电压稳定;当列车处于制动工况时,PWM 整流器
可以将回收的能量回馈给交流电网
[6]
。
当城轨列车将多余的能量回馈给交流电网时,
此时 PWM 整流器工作于逆变状态。处于逆变状态
时需检测电网正序电压基波相位,传统的检测电网
相位采用过零检测电路产生同步过零信号。当交流
电网中含有大量谐波分量或系统中存在较多非线性
负载时,将导致电网中的电压畸变,产生多个零点或
者零点缺失。在这些复杂工况下,过零锁相法将无
法准确检测出电网电压相位和频率,从而导致锁相
一种基于 PWM 整流器的城轨列车改进锁相环的研究
何松原,周昱英,周 忠
(南京工业职业技术学院 江苏 南京 210023)
摘要:针对城轨列车能量回收过程中,当交流电网中存在谐波或电网电压畸变时,传统锁相环难以
检测出电网电压同步信号等问题,本文实现了一种基于二阶广义积分器的改进的数字锁相环,很
好地解决了将城轨列车回收能量回馈交流电网时锁相问题。仿真分析和实验结果表明,该数字锁
相环在交流电网处于复杂工况时,能快速准确跟踪上电网基波电压相位,证实此方法在并网锁相
时具有良好的效果。
关键词:城轨列车;锁相环;谐波;二阶广义积分器
中图分类号:TN06 文献标识码:A 文章编号:1674-6236(2019)17-0163-05
Research of an improved phase⁃locked loop based on PWM rectifier of urban rail train
HE Song⁃yuan,ZHOU Yu⁃ying,ZHOU Zhong
(Nanjing Institute of Industry Technology,Nanjing 212023,China)
Abstract: A improved digital phase-locked loop based on second order generalized integrator,aiming at
the situation of that it is difficult to detect the voltage synchronization signal of the power grid when
harmonic or voltage distortion in the traditional phase- locked loop ac power grid,which can solve the
problem of phase locked problem of urban rail train when recovery energy feedback ac power grid. The
digital phase- locked loop can follow the fundamental voltage phase quickly and accurately when grid
voltage in complex condition,good performance in phase locked of the method are verified by simulation
and experimental results.
Key words: urban rail train;phase-locked loop;harmonic;second order generalized integrator
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