臺灣博碩士論文加值系統

隨著時代的進步以及環保意識的抬頭，台灣鐵路管理局採用軌道牽引變電站將台灣電力公司提供之三相電源轉換，並經架空線送至列車使用，以實現電氣化鐵路之建設。然而，於軌道供電系統中，列車是屬於大容量之單相牽引負載，而列車行駛與否以及各種與行駛速度相關的因素，不僅會造成電源輸入端的三相不平衡，亦會影響電力品質。為此，本論文以電力電子技術應用於軌道牽引變電站，分別採用三相PWM整流器、三相半波整流器以及三相全波相控整流器等架構，並分別搭配H橋型換流技術，同時嘗試將整流側直流輸出電壓值降低，以減少換流側開關數量；換流側之控制策略則能使輸出電壓趨近於列車採用之電壓，並產生兩組相位差90度之交流電。本研究利用PSIM建構出整體架構，其模擬結果將可對理論分析作驗證，並探討各架構之總諧波失真率。

As time evolves and the trend of eco-conscious rises, Taiwan railways administration (TRA) realizes railway electrification by converting three-phase power sources via the trail traction substations, and transmitting to the locomotives through the overhead lines. However, a locomotive is a large single-phase traction load which not only causes imbalanced three-phase power source but also affect the power quality. For this reason, an application of power electronic technology to rail traction substation is proposed in this thesis. Three traction substation scheme, the three-phase PWM rectifier, the three-phase half-wave rectifier and the three-phase full-wave phase-controlled rectifier are introduced respectively with the H-bridge inverter. This is followed by attempting to lower down the DC voltage for reducing the number of active switches on the inverter. The control strategy of inverter will achieve two sets of AC voltages that have quadrature phase. The circuit-simulating program PSIM is used to simulate the overall configuration and the simulated results are given to verify the theoretical analyses. The total harmonic distortions of all structures will also be presented in the end of this thesis.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 ix
符號說明 xiii
第一章 緒論 1
1.1研究動機與目的 1
1.2文獻探討 2
1.3研究方法與貢獻 4
1.4論文架構 4
第二章 軌道牽引變電站之三相不平衡與諧波探討 6
2.1電壓不平衡的定義 6
2.2軌道牽引變電站之簡述 10
2.2.1 Scott型牽引變壓器 10
2.2.2 Le Blanc型牽引變壓器 11
2.2.3 Scott與Le Blanc之特性與不平衡率比較 12
2.3諧波的定義 13
2.4總諧波失真率 14
2.5諧波之管制標準 14
2.5.1美國管制標準 14
2.5.2日本管制標準 16
2.5.3台灣管制標準 17
第三章 電子轉換器型牽引變電站主架構設計 18
3.1電子轉換器型牽引變電站主架構之敘述 18
3.2電子轉換器型牽引變電站整流側介紹 19
3.2.1 PWM整流器 21
3.2.2半波整流器 22
3.2.3全波相控整流器 24
3.3 H橋換流器 25
3.4整流側控制策略 26
3.4.1 PWM整流器控制策略 26
3.4.2全波相控整流器控制策略 27
3.5 H橋換流器控制策略 29
3.6換流器輸出LC低通濾波器之設計 32
第四章 模擬數據與結果比較 33
4.1 PSIM模擬軟體之簡介 33
4.2各架構之模擬 33
4.2.1 PWM整流器型之模擬結果 34
4.2.2半波整流器之模擬結果 54
4.2.3全波相控整流器之模擬結果 74
4.3 各種電子轉換器型牽引變電站之比較 97
第五章 結論與未來研究方向 100
參考文獻 101

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