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随着计算机控制技术和电力电子技术的进步,我国轨道交通事业快速发展,成为国民经济的重要支撑。同时伴随着人们环保意识的不断增强,如何节约能源成为相关研究人员重要的研究方向。本文针对目前轨道机车电源传统的出厂老化测试方式造成的电能浪费问题,设计一款400kW交流能馈型直流电力电子负载,专门用于机车电源的老化测试使用。首先,通过阅读相关国内外文献中关于能馈型直流电子负载拓扑结构和控制策略的对比研究,并结合机车电源的技术指标,确定本文所研制的400kW能馈型直流电子负载采用多模块并联方案。单个模块采用前后级级联构成,前级负载模拟部分采用LC滤波电路+移相全桥变换器,后级能量回馈部分采用单相逆变器+LCL滤波器。其次,对本文所设计的能馈型直流电子负载前后单元电路以及整个电力电子负载级联时所存在关键技术问题进行了分析并给出了解决方案。针对前级负载模拟部分引入LC滤波电路后所构成的四阶电路,基于Buck电路小信号建模方法,推导出本文前级负载模拟部分输入负载模拟电流对占空比的传递函数,并在此基础上设计出输入电流的控制器。针对后级并网逆变器并网电流中高低频谐波问题,建立后级并网逆变器数学模型,并对谐波产生机理进行分析。综合比较现有的并网电流控制策略,提出一种基于准比例多谐振(QPMR)电流内环控制并外加电网电压全前馈的新型多环控制策略,用于消除并网电流中特定的低频谐波。为了提高并网功率因数,针对现有锁相环(PLL)的缺陷,基于DFT算法,提出一种改进型的软件锁相环,对其工作原理和DSP数字实现进行了说明。最后,通过MATLAB 2016a仿真软件对本文所设计的能馈型直流电子负载的主电路拓扑结构和控制策略进行了仿真研究,并基于理论设计和仿真搭建单个70kW模块实验平台进行实验验证。仿真和实验结果均表明本文所设计的能馈型直流电力电子负载的方案是可行的,系统具有较好的鲁棒性。