隨著高速鐵路和地鐵等軌道交通技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力電子技術(shù)及柔性交直流供電系統(tǒng)等方面的研究及應(yīng)用受到了廣大國內(nèi)外學(xué)者越來越多的關(guān)注。本書詳細(xì)介紹了電力電子技術(shù)及柔性交直流供電系統(tǒng)的基本理論以及該理論在軌道交通中的應(yīng)用。重點(diǎn)介紹了逆變器在柔性軌道交通供電系統(tǒng)運(yùn)行時的輸出電流控制及輸出電壓控制、貫通式同相供電技術(shù)以及基于UPQC的電能質(zhì)量治理。 本書可供從事軌道交通、新能源并網(wǎng)、電力電子建模與控制、預(yù)測控制算法及其工程應(yīng)用的教師、研究生、工程技術(shù)人員等工作參考和閱讀。

本軌道交通與電力電子方面的專業(yè)書籍，詳細(xì)介紹電力電子技術(shù)及柔性交直流供電系統(tǒng)的基本理論以及該理論在軌道交通中的應(yīng)用。

　　作為電氣化鐵路總里程、運(yùn)能世界第一的國家，我國軌道交通技術(shù)以其高密度運(yùn)輸、安全準(zhǔn)點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在國民經(jīng)濟(jì)中起著越來越重要的作用。軌道交通是以電能為動力，以輪軌為運(yùn)轉(zhuǎn)方式，具有快速、大運(yùn)量的交通運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)。其中，干線電氣化鐵路的供電方式仍以異相供電系統(tǒng)為主，列車及相關(guān)用電設(shè)備的電力供應(yīng)通過牽引所獲得，電氣化鐵路區(qū)域的電力系統(tǒng)能力、電能質(zhì)量等直接影響列車運(yùn)行。電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)存在的過分相環(huán)節(jié)也降低了列車運(yùn)行速度，牽引供電系統(tǒng)采用單相交流供電（AC 25kV），系統(tǒng)負(fù)荷為典型三相不對稱負(fù)荷，產(chǎn)生的負(fù)序電流流入電網(wǎng)增加了電力系統(tǒng)的功率，使負(fù)序問題更加突出，牽引系統(tǒng)等非線性負(fù)載也會把多次諧波電流引入電網(wǎng)從而引起電能質(zhì)量問題。
　　隨著高速鐵路和地鐵等軌道交通技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力電子技術(shù)及柔性化交直流供電系統(tǒng)等方面的研究及應(yīng)用受到了廣大國內(nèi)外本領(lǐng)域?qū)W者越來越多的關(guān)注，柔性交直流供電系統(tǒng)的發(fā)展為軌道交通的供電方式提供了另一種探索方向，有利于提升牽引供電質(zhì)量并解決列車的過分相問題。本書內(nèi)容涵蓋了軌道交通、能量路由器、新能源并網(wǎng)、電力電子建模與控制、預(yù)測控制算法等相關(guān)研究領(lǐng)域，其中重點(diǎn)介紹了逆變器的離網(wǎng)和并網(wǎng)控制、貫通式同相供電系統(tǒng)和基于UPQC的電能質(zhì)量管理，對比了多種控制算法的優(yōu)點(diǎn)和不足，可供從事相關(guān)行業(yè)的教師、研究生、工程技術(shù)人員等參考和閱讀。
　　本書共分為10章。第1章為緒論，主要介紹本書的研究背景，總結(jié)國內(nèi)外軌道交通牽引供電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，分析軌道交通柔性供電關(guān)鍵技術(shù)以及存在的電能質(zhì)量問題和治理方法。第2章為基于能量路由器的軌道交通柔性供電系統(tǒng)，首先建立了能量路由器的軌道交通供電系統(tǒng)架構(gòu)，然后進(jìn)行了相關(guān)的供電工作模式分析和源端、負(fù)荷端變換器設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上提出了能量路由器的協(xié)調(diào)控制策略方法和理論。第3章至第5章為模型預(yù)測控制技術(shù)在軌道交通供電系統(tǒng)中的應(yīng)用研究。根據(jù)傳統(tǒng)三相兩電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立離散數(shù)學(xué)模型，對模型預(yù)測控制策略進(jìn)行了詳細(xì)介紹，隨后針對傳統(tǒng)基于模型預(yù)測控制策略的逆變器共模電壓抑制方案所存在的電流畸變率較大的問題，提出基于優(yōu)化虛擬電壓矢量選擇的逆變器輸出共模電壓抑制方案，同時提出一種以模型預(yù)測控制算法為基礎(chǔ)的并網(wǎng)逆變器輸出電流及功率協(xié)調(diào)控制策略，分析了具有建模誤差補(bǔ)償?shù)碾x網(wǎng)型逆變器多步模型預(yù)測電壓控制，并探討了其在軌道交通供電中的應(yīng)用。第6章為軌道交通貫通式同相供電技術(shù)，包括工作原理、控制方案設(shè)計(jì)、相關(guān)建模與仿真分析等。第7、8、9章涉及UPQC在軌道交通微電網(wǎng)中的電能質(zhì)量，包括基于UPQC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、補(bǔ)償量檢測方法、電能質(zhì)量控制策略等。第10章為實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析，通過半實(shí)物仿真系統(tǒng)RT�睱AB對本書所提策略進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，同時對本書重點(diǎn)理論和方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　本書成果得到國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目（U2034201）、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（51977039）、中國中鐵重大科技項(xiàng)目（2019-重大-11）、中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)（2021L3005）等課題的資助。同時在研究過程中，得到清華大學(xué)、福州大學(xué)、北京交通大學(xué)、中國中鐵股份有限公司、中國中車股份有限公司、北京市基礎(chǔ)設(shè)施投資有限公司、北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司、福州地鐵集團(tuán)有限公司、北京市軌道交通運(yùn)營管理有限公司等單位領(lǐng)導(dǎo)及專家的指導(dǎo)，特別是中國中鐵股份有限公司勞模工作創(chuàng)新工作室聯(lián)盟及福州大學(xué)先進(jìn)電氣與軌道交通裝備研究院，在此表示誠摯謝意。本書參考了國內(nèi)外柔性交直流供電及電能質(zhì)量等方面的著作和論文，并在書中每章末尾列出了相關(guān)參考文獻(xiàn)，在此對其作者表示衷心感謝。
　　本書旨在拋磚引玉，希望能對讀者有所裨益，并懇請廣大讀者批評指正。

作者
2023年4月

林云志同志清華大學(xué)碩士畢業(yè)后，一直在軌道交通一線從事技術(shù)工作，教授級高級工程師，累計(jì)申請專利共計(jì)41項(xiàng)，獲得發(fā)明專利授權(quán)11項(xiàng)、實(shí)用新型專利授權(quán)5項(xiàng)、軟件著作權(quán)6項(xiàng)，公開發(fā)表中英文論文14篇（其中EI刊物1篇），出版學(xué)術(shù)專著5部；
先后獲得全國勞動模范、北京市勞動模范、北京榜樣人物、中國中鐵科技創(chuàng)新優(yōu)秀人才等眾多榮譽(yù)稱號。擔(dān)任清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院研究員及軌道交通柔性供電研究中心副主任、鐵路電氣化技術(shù)聯(lián)合研究中心副主任、中國施工企業(yè)管理協(xié)會科技專家、中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會鐵道分會理事、中國城市軌道交通協(xié)會專家和學(xué)術(shù)委員會委員、ART智能軌道快運(yùn)系統(tǒng)項(xiàng)目外部技術(shù)專家、中國智慧城市試點(diǎn)專家?guī)鞂＜�、中鐵電氣化資深技術(shù)專家等。

第1章緒論
1.1課題研究背景及意義
1.2軌道交通供電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
1.2.1國內(nèi)外牽引供電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
1.2.2國內(nèi)外柔性供電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
1.2.3國內(nèi)外同相供電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
1.3電力電子逆變器關(guān)鍵問題及其運(yùn)行控制技術(shù)研究現(xiàn)狀
1.4軌道交通電能質(zhì)量問題及其研究現(xiàn)狀
參考文獻(xiàn)

第2章基于能量路由器的軌道交通柔性供電系統(tǒng)
2.1基于能量路由器的軌道交通供電系統(tǒng)架構(gòu)
2.2軌道交通能量路由器工作模式分析
2.3能量路由器的源端口及交直流負(fù)荷端口變換器設(shè)計(jì)
2.4能量路由器的協(xié)調(diào)控制策略
2.5本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)

第3章三相兩電平逆變器的模型預(yù)測共模電壓抑制策略
3.1三相兩電平逆變器數(shù)學(xué)模型
3.2模型預(yù)測控制及三相兩電平逆變器輸出共模電壓分析
3.3傳統(tǒng)三相兩電平模型預(yù)測共模電壓抑制策略
3.3.1無零矢量模型預(yù)測共模電壓抑制策略
3.3.2加入權(quán)重系數(shù)的模型預(yù)測共模電壓抑制策略
3.4基于優(yōu)化虛擬矢量的模型預(yù)測共模電壓抑制策略
3.4.1虛擬矢量的構(gòu)造
3.4.2SVPWM分扇區(qū)原理
3.4.3仿真分析與驗(yàn)證
3.5本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)

第4章電網(wǎng)故障條件下并網(wǎng)逆變器電流質(zhì)量及功率協(xié)調(diào)控制策略
4.1不平衡電網(wǎng)下的并網(wǎng)同步鎖相環(huán)技術(shù)
4.1.1基于單同步參考坐標(biāo)系鎖相環(huán)
4.1.2改進(jìn)型單同步參考坐標(biāo)系鎖相環(huán)
4.1.3解耦雙同步參考坐標(biāo)系鎖相環(huán)
4.1.4仿真分析與驗(yàn)證
4.2并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)建模
4.2.1三電平中性點(diǎn)箝位并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型
4.2.2電網(wǎng)電壓發(fā)生不平衡現(xiàn)象時并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型
4.3并網(wǎng)逆變器的不平衡電流及功率振蕩靈活控制
4.3.1參考電流值計(jì)算
4.3.2考慮電流平衡及功率波動的參考電流算法
4.3.3控制方案的總體流程分析
4.3.4仿真分析與驗(yàn)證
4.4本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)

第5章具有建模誤差補(bǔ)償?shù)碾x網(wǎng)型逆變器多步模型預(yù)測電壓控制
5.1三電平NPC離網(wǎng)型逆變器的離散數(shù)學(xué)模型
5.2多步模型預(yù)測電壓控制策略
5.2.1傳統(tǒng)單步模型預(yù)測電壓控制的局部最優(yōu)問題分析
5.2.2多步模型預(yù)測電壓控制策略
5.3仿真驗(yàn)證與分析
5.3.1穩(wěn)態(tài)分析
5.3.2暫態(tài)分析
5.4本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)

第6章軌道交通貫通式同相供電技術(shù)
6.1貫通式同相供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
6.2貫通式同相供電系統(tǒng)工作原理
6.3靜止電能變換器的控制方案設(shè)計(jì)
6.4貫通式同相供電系統(tǒng)仿真分析
6.5新型柔性牽引供電系統(tǒng)(貫通式同相供電)
6.5.1高原山地鐵路特征
6.5.2新型柔性牽引供電系統(tǒng)(貫通式同相供電)設(shè)計(jì)
6.5.3新型柔性牽引供電系統(tǒng)(貫通式同相供電)的工程驗(yàn)證
6.6本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)

第7章基于UPQC的軌道交通微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理
7.1UPQC分類與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
7.1.1UPQC分類
7.1.2UPQC-R/L拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
7.2基于三相三線制的UPQC系統(tǒng)
7.2.1UPQC工作原理與功率流動
7.2.2UPQC單相等效電路
7.2.3UPQC狀態(tài)空間方程
7.2.4UPQC相間耦合
7.3基于UPQC的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)
7.3.1基于UPQC-DGseparated的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)
7.3.2基于UPQC-DGDC-link的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)
7.3.3成本分析與性能對比
7.3.4基于UPQC改善微電網(wǎng)電能質(zhì)量的控制目標(biāo)
7.4本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)

第8章UPQC補(bǔ)償量檢測方法和鎖相環(huán)性能研究
8.1補(bǔ)償量檢測方法概述
8.1.1基于p-q理論的檢測方法
8.1.2基于ip-iq理論的檢測方法
8.1.3基于自適應(yīng)諧波的檢測方法
8.1.4基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢測方法
8.1.5基于dq0坐標(biāo)變換的檢測方法
8.2補(bǔ)償量檢測方法仿真研究
8.2.1電網(wǎng)正常運(yùn)行工況下仿真研究
8.2.2電網(wǎng)電壓發(fā)生三相不平衡工況下仿真研究
8.2.3補(bǔ)償量檢測方法仿真研究小結(jié)
8.3不平衡電網(wǎng)下的鎖相環(huán)性能分析
8.3.1基本鎖相環(huán)
8.3.2同步旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系鎖相環(huán)
8.3.3雙二階廣義積分器鎖相環(huán)
8.3.4解耦雙同步參考坐標(biāo)系鎖相環(huán)
8.4不平衡電網(wǎng)下的鎖相環(huán)性能仿真分析研究
8.4.1基于不同鎖相環(huán)檢測電壓信號仿真研究
8.4.2基于不同鎖相環(huán)基波和諧波檢測仿真研究
8.4.3不平衡電網(wǎng)下的鎖相環(huán)性能仿真分析小結(jié)
8.5本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)

第9章基于UPQC改善微電網(wǎng)電能質(zhì)量控制策略
9.1基于DDSRF-PLL的UPQC控制策略研究
9.1.1控制策略概述
9.1.2基于DDSRF-PLL的UPQC控制策略
9.1.3基于DDSRF-PLL的UPQC控制策略仿真分析
9.2改善微電網(wǎng)電能質(zhì)量仿真研究
9.2.1配電網(wǎng)發(fā)生三相電壓暫降/驟升
9.2.2配電網(wǎng)處于穩(wěn)態(tài)/電壓中斷工況
9.2.3配電網(wǎng)發(fā)生三相電壓不平衡故障或電壓諧波畸變
9.2.4微電網(wǎng)切入三相不平衡負(fù)載
9.2.5微電網(wǎng)非線性負(fù)載發(fā)生突變
9.3基于對等控制的UPQC微電網(wǎng)運(yùn)行模式
9.3.1微電網(wǎng)控制模式
9.3.2基于對等控制模式的微電網(wǎng)模型
9.3.3基于對等控制的下垂控制器設(shè)計(jì)
9.4基于對等控制的微電網(wǎng)運(yùn)行仿真研究
9.4.1微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行模式與孤島運(yùn)行模式之間靈活切換
9.4.2微電網(wǎng)孤島運(yùn)行模式下的增/切負(fù)荷運(yùn)行
9.4.3微電網(wǎng)孤島運(yùn)行模式下切DG與增/切負(fù)荷運(yùn)行
9.5本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)

第10章實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
10.1RT-LAB實(shí)驗(yàn)平臺
10.1.1RT-LAB實(shí)驗(yàn)平臺組成
10.1.2RT-LAB實(shí)驗(yàn)平臺工作原理
10.2能量路由器逆變器相關(guān)驗(yàn)證分析
10.2.1實(shí)驗(yàn)平臺
10.2.2硬件電路設(shè)計(jì)
10.2.3并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)
10.2.4離網(wǎng)實(shí)驗(yàn)
10.3電能質(zhì)量治理驗(yàn)證與分析
10.3.1不平衡電網(wǎng)下的鎖相環(huán)性能分析實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
10.3.2基于不同鎖相環(huán)的基波和諧波檢測實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
10.3.3基于DDSRF-PLL的UPQC控制策略實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
10.4本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)