10同相供电系统
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B1 A3 A1 B3
A2
B2 B1 B2
V绕组
B3
U绕组
A3
A1
19
W绕组
A2
西南交通大学
变压器仿真参数
单相绕组容量10MVA 原边电压 110kV/sqrt(3) 副边电压27.5kV 绕组电阻0.025pu 绕组漏感0.1pu
20
西南交通大学
YNvd变压器仿真建模
21
V B U W A
(b) scott connection
V
B U W A
16
(c) Ynvd connection
西南交通大学
YNvd变压器基本原理
17
输出电压Va=Vb 副边电流Ia=Ib时，原边电流Iu=Iv=Iw
西南交通大学
YNvd变压器基本原理
Ia=Ib
18 西南交通大学
YNvd变压器模型建立
60
西南交通大学
负载突变时的仿真结果
61
西南交通大学
62
西南交通大学
课后作业1
YNvd变压器的建模与仿真
建立Ynvd变压器模型，设定合理的参数 仿真要求： 1、输出两臂电压平衡且正交 2、当负载电流平衡时，三相侧电路平衡
63
西南交通大学
课后作业
单相背靠背AC-DC-AC变流器的仿真
System Configuration
系统结构
11
西南交通大学
其它形式的补偿方案
12
西南交通大学
APC based Co-phase System
APC Traction Network Substation Grid
西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
系统应用专题
基于单相背靠背变流器的同相供电系统
舒泽亮 西南交通大学 电气工程学院
shuzeliang@swjtu.edu.cn
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Introduction
相关背景简介
2
西南交通大学
Traditional and Co-phase Supply System
wk.baidu.com
探讨内容：
用二极管箝位或其它多电平方案实现单相系统的背靠背变流器。 利用上述多电平变流器实现同相供电系统的有功平衡和无功、谐波补偿 功能。
65
西南交通大学
参考电路
66
西南交通大学
课程设计要求
题目多选一
课程设计题目可选择课程内容的参考题目，也可选作自 拟题目。多选一、只提交其中一个。 参考题目包括同相供电系统、牵引融冰系统、二极管箝 位型多电平背靠背变流器、二极管箝位多电平的直流电 压平衡、精简多电平SVPWM算法、 H桥级联型多电平 STATCOM 等 自拟题目要求详细说明题目背景、应用场合、系统组成、 控制原理、仿真模型、仿真结果等。 鼓励大家选择解决实际问题的自拟题目，要求独立自主 完成、并有一定工作量体现。 课程结束时，提交设计相关文档至
西南交通大学
DSP+FPGA based Controller
西南交通大学
Allegro PCB Design
西南交通大学
协调控制器结构与照片
1 模 拟 输 入 1 2 模 拟 输 入 2 3 控 制 板 4 备 用 板 1 5 备 用 板 2 6 模 拟 输 出 1 7 模 拟 输 出 2 8 光 纤 板 1 9 光 纤 板 2 10 开 关 电 源
西南交通大学
6
After APC Compensation
id ihr
3-phase Grid
iload
iv
APC Compensation
iload id iv
7 西南交通大学
同相供电系统的优点
1 实现同相供电，取消过分相装置 2 补偿负载无功和谐波，提高电能功率因数 3 补偿两臂有功电流差，解决不平衡问题 4 平衡牵引变两臂负荷，有效提高运能
47
西南交通大学
世界首套同相供电装置
2010年10月28日
西南交通大学
同相供电系统宣传片
单击放映
49 西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Detection of Active, Reactive and Harmonic Components
西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Paper Review
相关论文预览
9
西南交通大学
Paper Review
题目
Single-Phase Back-to-Back Converter for Active Power Balancing, Reactive Power Compensation and Harmonic Filtering in Traction Power System
控制器的仿真建模
57
西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Single-Phase Back-to-Back VSI Converter
单相背靠背电压源变换器
58
西南交通大学
单相背靠背变流器主电路建模
59
西南交通大学
同相供电系统中的仿真结果
Control Board 10
西南交通大学
实验平台—控制系统与IPM
西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Co-phase Project in Meisan 眉山同相供电工程
40
西南交通大学
Co-phase Project in Mesan
西南交通大学
Traditional Scheme
Unbalance, Reactive power, Harmonics
Neutral Section
Stage 3:
Id != Iv Iv = 0 Id = 2xI0
4
Stage 2:
Id ？= Iv
Stage 1:
Id = Iv = I0
西南交通大学
西南交通大学
Co-phase Project in Mesan
西南交通大学
Active Power Filtering and Reactive Power Compensation
DSP+FPGA based Controller
基于DSP和FPGA的控制系统
43
西南交通大学
Allegro PCB Design
Ynvd Transformer
Ynvd 平衡变压器
14
西南交通大学
平衡变压器
APC Traction Network Substation Grid
西南交通大学
平衡变压器
Primary Winding
V B U W A
Secondary Winding
(a) modified wood-bridge connection
建立单相的DC-AC逆变器模型，采用SPWM方法驱动 阻感负载 建立单相的AC-DC整流器模型，采用滞环电流方法控 制输入电流ip/iq分量的大小，实现直流电压稳压控制 结合上述2种系统，建立AC-DC-AC变流器模型，通过 交直交方式驱动阻感负载，要求直流电压稳定，输入 电流功率因素高，输入输出电流谐波小。
Active Power Balance – Inventer2
西南交通大学
Rective Power Compensation
西南交通大学
Harmonic Filtering
西南交通大学
Active/Reactive Power and Harmonic
4、 1、有功功率平衡 5、 2、无功功率补偿 6、 3、谐波滤波 7、
提交方式：
67
shuzeliang@swjtu.cn 或 mailtosunny@163.com
西南交通大学
舒泽亮 西南交通大学 电气工程学院 mailtosunny@163.com shuzeliang@swjtu.cn
68 西南交通大学
通知
1、期中报告推后一周提交
即5月5日前提交推后到5月12日前提交
西南交通大学
Active Power Balance
西南交通大学
Active Power Balance – Rectifier1
西南交通大学
Active Power Balance – Rectifier2
西南交通大学
Active Power Balance – Inventer1
西南交通大学
西南交通大学
Experimental Result 1
西南交通大学
Experimental Result 2
西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Experimental Prototype 实验验证系统
34
西南交通大学
西南交通大学
实验平台
西南交通大学
实验平台—控制系统与IPM
L1 L2 1 Step-down Transformer 2 Ynvd Transformer 4
iA
L3
vA
vB
6
5
iB
7
8
iCB
iCA iLA iCA iLA iCB vA vB
vdc
3
Signal Conditioning Board 9
西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Single-Phase Back-toBack Converter 单相背靠背变换器结构
22
西南交通大学
Active Power Compensator
APC Traction Network Substation Grid
有功、无功和谐波电流的检测
50
西南交通大学
有功电流检测
有功分量
51
P(t) => LPF => Pf = Ip/2
西南交通大学
有功电流检测
单相有功电流实时值的一半
52
id(t) *cos（wt）=> LPF => Iq/2
西南交通大学
无功电流检测
Q(t) => LPF => Qf = Iq/2
53 西南交通大学
谐波电流检测
无功电流实时值
谐波电流实时值
54
西南交通大学
B相有功电流
B相有功电流实时值
B相无功电流、谐波电流？
同相供电系统B相不需要补偿无功和谐波电流
55
西南交通大学
FPGA-based Control Algorithm
56
西南交通大学
Hysteresis Current Controller
System Application Special Issue —— Single-Phase Back-to-Back Converter for Co-phase Supply System
Zeliang Shu Department of Electronic Engineering, Southwest Jiaotong University
64
西南交通大学
课程设计选作题目1——同相供电系统
基本内容：
搭建同相供电系统模型(包括电源、平衡变压器、负载等) 搭建单相的AC-DC-AC变流器，搭建单相的AC-DC整流器，通过控制输 入和输出电流ip/iq分量的大小，控制直流电压稳定在给定值。 检测负载无功、有功和谐波，控制整流器补偿无功和谐波分量，实现谐 波补偿功能。 同时控制整流器吸收一半负载有功，逆变器输出一半负载的有功，实现 有功平衡。
Co-phase System
Stage 3:
Id != Iv Iv = 0 Id = 2xI0
5
Stage 2:
Stage 1:
西南交通大学
No Compensation
Unbalance, Reactive power, Harmonics
Load Vol. & cur. Load Current THD
作者
Zeliang Shu, Shaofeng Xie, and Qunzhan Li
期刊
IEEE Transactions on Power Electronics
日期
VOL. 26, NO. 2, FEBRUARY 2011
10 西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
实验平台
西南交通大学
实验平台
L1 L2 1 Step-down Transformer 2 Ynvd Transformer 4
iA
L3
vA
vB
6
5
iB
7
8
iCB
iCA iLA iCA iLA iCB vA vB
vdc
3
Signal Conditioning Board 9
Control Board 10
A2
B2 B1 B2
V绕组
B3
U绕组
A3
A1
19
W绕组
A2
西南交通大学
变压器仿真参数
单相绕组容量10MVA 原边电压 110kV/sqrt(3) 副边电压27.5kV 绕组电阻0.025pu 绕组漏感0.1pu
20
西南交通大学
YNvd变压器仿真建模
21
V B U W A
(b) scott connection
V
B U W A
16
(c) Ynvd connection
西南交通大学
YNvd变压器基本原理
17
输出电压Va=Vb 副边电流Ia=Ib时，原边电流Iu=Iv=Iw
西南交通大学
YNvd变压器基本原理
Ia=Ib
18 西南交通大学
YNvd变压器模型建立
60
西南交通大学
负载突变时的仿真结果
61
西南交通大学
62
西南交通大学
课后作业1
YNvd变压器的建模与仿真
建立Ynvd变压器模型，设定合理的参数 仿真要求： 1、输出两臂电压平衡且正交 2、当负载电流平衡时，三相侧电路平衡
63
西南交通大学
课后作业
单相背靠背AC-DC-AC变流器的仿真
System Configuration
系统结构
11
西南交通大学
其它形式的补偿方案
12
西南交通大学
APC based Co-phase System
APC Traction Network Substation Grid
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Modeling and Simulation of Power Electronics System
系统应用专题
基于单相背靠背变流器的同相供电系统
舒泽亮 西南交通大学 电气工程学院
shuzeliang@swjtu.edu.cn
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Introduction
相关背景简介
2
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Traditional and Co-phase Supply System
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探讨内容：
用二极管箝位或其它多电平方案实现单相系统的背靠背变流器。 利用上述多电平变流器实现同相供电系统的有功平衡和无功、谐波补偿 功能。
65
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参考电路
66
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课程设计要求
题目多选一
课程设计题目可选择课程内容的参考题目，也可选作自 拟题目。多选一、只提交其中一个。 参考题目包括同相供电系统、牵引融冰系统、二极管箝 位型多电平背靠背变流器、二极管箝位多电平的直流电 压平衡、精简多电平SVPWM算法、 H桥级联型多电平 STATCOM 等 自拟题目要求详细说明题目背景、应用场合、系统组成、 控制原理、仿真模型、仿真结果等。 鼓励大家选择解决实际问题的自拟题目，要求独立自主 完成、并有一定工作量体现。 课程结束时，提交设计相关文档至
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DSP+FPGA based Controller
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Allegro PCB Design
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协调控制器结构与照片
1 模 拟 输 入 1 2 模 拟 输 入 2 3 控 制 板 4 备 用 板 1 5 备 用 板 2 6 模 拟 输 出 1 7 模 拟 输 出 2 8 光 纤 板 1 9 光 纤 板 2 10 开 关 电 源
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6
After APC Compensation
id ihr
3-phase Grid
iload
iv
APC Compensation
iload id iv
7 西南交通大学
同相供电系统的优点
1 实现同相供电，取消过分相装置 2 补偿负载无功和谐波，提高电能功率因数 3 补偿两臂有功电流差，解决不平衡问题 4 平衡牵引变两臂负荷，有效提高运能
47
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世界首套同相供电装置
2010年10月28日
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同相供电系统宣传片
单击放映
49 西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Detection of Active, Reactive and Harmonic Components
西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Paper Review
相关论文预览
9
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Paper Review
题目
Single-Phase Back-to-Back Converter for Active Power Balancing, Reactive Power Compensation and Harmonic Filtering in Traction Power System
控制器的仿真建模
57
西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Single-Phase Back-to-Back VSI Converter
单相背靠背电压源变换器
58
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单相背靠背变流器主电路建模
59
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同相供电系统中的仿真结果
Control Board 10
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实验平台—控制系统与IPM
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Modeling and Simulation of Power Electronics System
Co-phase Project in Meisan 眉山同相供电工程
40
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Co-phase Project in Mesan
西南交通大学
Traditional Scheme
Unbalance, Reactive power, Harmonics
Neutral Section
Stage 3:
Id != Iv Iv = 0 Id = 2xI0
4
Stage 2:
Id ？= Iv
Stage 1:
Id = Iv = I0
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Co-phase Project in Mesan
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Active Power Filtering and Reactive Power Compensation
DSP+FPGA based Controller
基于DSP和FPGA的控制系统
43
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Ynvd Transformer
Ynvd 平衡变压器
14
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平衡变压器
APC Traction Network Substation Grid
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平衡变压器
Primary Winding
V B U W A
Secondary Winding
(a) modified wood-bridge connection
建立单相的DC-AC逆变器模型，采用SPWM方法驱动 阻感负载 建立单相的AC-DC整流器模型，采用滞环电流方法控 制输入电流ip/iq分量的大小，实现直流电压稳压控制 结合上述2种系统，建立AC-DC-AC变流器模型，通过 交直交方式驱动阻感负载，要求直流电压稳定，输入 电流功率因素高，输入输出电流谐波小。
Active Power Balance – Inventer2
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Rective Power Compensation
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Harmonic Filtering
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Active/Reactive Power and Harmonic
4、 1、有功功率平衡 5、 2、无功功率补偿 6、 3、谐波滤波 7、
提交方式：
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shuzeliang@swjtu.cn 或 mailtosunny@163.com
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舒泽亮 西南交通大学 电气工程学院 mailtosunny@163.com shuzeliang@swjtu.cn
68 西南交通大学
通知
1、期中报告推后一周提交
即5月5日前提交推后到5月12日前提交
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Active Power Balance
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Active Power Balance – Rectifier1
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Active Power Balance – Rectifier2
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Active Power Balance – Inventer1
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Experimental Result 2
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Experimental Prototype 实验验证系统
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实验平台
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实验平台—控制系统与IPM
L1 L2 1 Step-down Transformer 2 Ynvd Transformer 4
iA
L3
vA
vB
6
5
iB
7
8
iCB
iCA iLA iCA iLA iCB vA vB
vdc
3
Signal Conditioning Board 9
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Modeling and Simulation of Power Electronics System
Single-Phase Back-toBack Converter 单相背靠背变换器结构
22
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Active Power Compensator
APC Traction Network Substation Grid
有功、无功和谐波电流的检测
50
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有功电流检测
有功分量
51
P(t) => LPF => Pf = Ip/2
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有功电流检测
单相有功电流实时值的一半
52
id(t) *cos（wt）=> LPF => Iq/2
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无功电流检测
Q(t) => LPF => Qf = Iq/2
53 西南交通大学
谐波电流检测
无功电流实时值
谐波电流实时值
54
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B相有功电流
B相有功电流实时值
B相无功电流、谐波电流？
同相供电系统B相不需要补偿无功和谐波电流
55
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FPGA-based Control Algorithm
56
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Hysteresis Current Controller
System Application Special Issue —— Single-Phase Back-to-Back Converter for Co-phase Supply System
Zeliang Shu Department of Electronic Engineering, Southwest Jiaotong University
64
西南交通大学
课程设计选作题目1——同相供电系统
基本内容：
搭建同相供电系统模型(包括电源、平衡变压器、负载等) 搭建单相的AC-DC-AC变流器，搭建单相的AC-DC整流器，通过控制输 入和输出电流ip/iq分量的大小，控制直流电压稳定在给定值。 检测负载无功、有功和谐波，控制整流器补偿无功和谐波分量，实现谐 波补偿功能。 同时控制整流器吸收一半负载有功，逆变器输出一半负载的有功，实现 有功平衡。
Co-phase System
Stage 3:
Id != Iv Iv = 0 Id = 2xI0
5
Stage 2:
Stage 1:
西南交通大学
No Compensation
Unbalance, Reactive power, Harmonics
Load Vol. & cur. Load Current THD
作者
Zeliang Shu, Shaofeng Xie, and Qunzhan Li
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日期
VOL. 26, NO. 2, FEBRUARY 2011
10 西南交通大学
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实验平台
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实验平台
L1 L2 1 Step-down Transformer 2 Ynvd Transformer 4
iA
L3
vA
vB
6
5
iB
7
8
iCB
iCA iLA iCA iLA iCB vA vB
vdc
3
Signal Conditioning Board 9
Control Board 10