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铁路在我国国民经济和社会发展中占据着越来越重要的地位,电气化铁路的正常运营与牵引供电网的安全性和可靠性息息相关。由于电力机车为单相供电的大功率负荷,加上具有不对称、非线性、冲击性等特点,导致负序、谐波、供电臂电压跌落、功率因数低等电能质量问题的产生,这将给牵引供电网、电力机车,以及周边企业、住户等的用电安全带来严重影响。因此,对电气化铁路电能质量问题及补偿技术进行研究,并采取有效措施进行综合治理就显得尤为必要和重要。本文的主要研究内容和创新点如下:(1)深入研究了V/v变压器牵引供电系统下,电气化铁路功率调节器(Railway static power conditioner,RPC)负序和谐波电流的补偿原理,并且在总结了单相谐波、无功检测算法的基础上,借鉴改进型ip-iq法的思想,提出一种V/v变压器下负序与谐波电流的实时检测算法。(2)为了改善RPC的控制性能和补偿效果,提出了一种静止αβ坐标系下的复合控制策略,相比于静止αβ坐标系下的常规PI控制策略,复合控制策略很好地减小了直流侧电压过渡阶段的超调,缩短了调节时间;减小了RPC对交流侧补偿电流跟踪的稳态误差,使RPC的补偿和控制性能得以显著提升。最后,在Matlαβ/Simulink仿真平台上进行对比实验,仿真结果证明了所提复合控制策略的正确性和有效性。(3)由于复合控制策略不能实现RPC交流侧补偿电流的无差跟踪,针对该问题进而提出了一种静止αβ坐标系下的QPR控制策略,理论分析表明,与传统PI控制策略相比,QPR控制策略避免了多重低通滤波处理,无需繁琐的旋转坐标变换,不存在受电路参数影响的耦合项和前馈补偿项,简化了控制器的设计,提高了系统的鲁棒性和动态性,而且抗供电臂电压跌落能力更好,但谐波抑制能力不高。最后,在Matlαβ/Simulink仿真平台上进行对比实验,结果表明,相比于PI控制策略,QPR控制策略在保证良好的负序、无功治理效果的同时,系统的动态性能和抗供电臂电压跌落能力均得以显著提升。由此说明所提QPR控制策略是正确和有效的,具有较好的工程应用和推广价值。(4)研究了RPC主要部件参数的设计方法;对湖南某牵引变电站的电能质量现状进行了详细的统计分析和研究,设计和制作了一台小功率实验样机并进行实验验证,结果表明该样机电能质量治理效果良好。