[發明專利]抑制牽引變流器直流母線電壓振蕩的方法、裝置及牽引系統

在審

• 申請號: 201710538705.2
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107370163A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 曲詩健;姜濤;孫佳偉;宮永辰
• 申請（專利權）人: 中車大連電力牽引研發中心有限公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/01
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司11205
• 代理人: 劉丹,黃健

技術領域

本發明涉及軌道交通領域，尤其涉及一種抑制牽引變流器直流母線電壓振蕩的方法、裝置及牽引系統。

背景技術

牽引系統是地鐵和輕軌車輛中的核心，該系統主要由LC濾波單元、牽引變流器、電機三大部分以及其他電氣部件共同構成。牽引變流器從外部接觸網或者接觸軌獲得能量，經過LC濾波單元得到穩定的直流母線電壓，通過逆變或整流輸出相應的變頻變壓交流電，使電機工作在牽引狀態或者電制動狀態。當系統內的LC諧振濾波器參數不匹配、電機控制算法參數改變時，均有可能引起牽引變流器前端母線電壓的振蕩，進而會導致電機輸出轉矩的異常波動，影響列車的舒適度；嚴重時牽引變流器會因過壓、欠壓、過流等而停機保護；甚至導致供電所跳閘，區間停電，影響線路運營。

目前，異步感應電機與永磁同步電機相比依然存在成本低、故障率低、維護方便等優勢，因此在軌道交通中所占比重很大。近些年，異步電機控制由早期動態性能較差的標量(V/F)控制逐步發展到直接轉矩控制(DTC)和矢量控制(FOC)。對比傳統的標量控制，采用矢量控制，電機的動態響應及對轉矩的控制精度更高，可以直接提高列車整體的性能及舒適度。實際運用中，采用矢量控制的電機控制策略時，母線電壓振蕩的情況更為明顯。因此，為了更好地運用矢量控制策略，必須要有效地抑制住母線電壓振蕩的發生。

現有技術主要是通過斬波電路來抑制母線電壓振蕩，該方法通過在控制程序中將實際母線電壓與預設的母線電壓限值進行比較，當實際母線電壓超過限值后，將差值送入比例積分(PI)調節器得到斬波占空比，然后開啟斬波電路抑制母線電壓振蕩的發散，并通過制動電阻釋放一部分能量；若低于限值，則初始化相關變量，不使能斬波電路。由于母線電壓的振蕩會發生在特定轉速區間，若當車輛長時間在該轉速區間內工作在牽引狀態，斬波電路需較長時間工作以抑制母線電壓振蕩的發散，同時需要通過制動電阻消耗大量的能量，而制動電阻消耗能量的方式是將這些能量轉變為熱量，最終會導致制動電阻過熱，嚴重時會引起牽引變流器停機甚至燒損制動電阻。因此，雖然斬波方式可以抑制母線電壓振蕩的發散，但是并不能從根本上抑制母線電壓振蕩的發生，只能將母線電壓維持不超過限值。由于電機控制性能受母線電壓影響較大，母線電壓不穩會導致電機轉矩波動，引起車輛抖動等問題。

現有技術還有一種方法是根據母線電壓修正電機轉矩給定來解決母線電壓不穩導致電機轉矩波動，進而引起車輛抖動的問題。根據母線電壓瞬時值修正電機轉矩給定，如式(1)所示。

其中u_dc為母線電壓瞬時值，U_d0為母線電壓濾波值，ρ為調節系數，T_ref為電機轉矩給定，為電機實際轉矩。該方法是基于能夠實時修正電機轉矩給定來解決電機轉矩波動引起的車輛抖動問題，但是若電機實際轉矩和轉矩給定存在延時，則無法實現實時修正電機轉矩給定，導致系統振蕩逐步發散，進而影響電機轉矩平穩輸出以及牽引系統穩定。

發明內容

本發明提供一種抑制牽引變流器直流母線電壓振蕩的方法、裝置及牽引系統，用于解決現有技術中無法有效抑制牽引變流器母線電壓振蕩的問題。

本發明的第一個方面是提供一種抑制牽引變流器母線電壓振蕩的方法，包括：

獲取母線電壓的振蕩分量；

將所述母線電壓的振蕩分量作為相位超前環節的輸入，獲得所述相位超前環節輸出的電流前饋控制補償量；

通過計算電機給定電流矢量的轉矩分量和所述電流前饋控制補償量之和，對所述電機給定電流矢量的轉矩分量進行修正，獲得修正后的電機給定電流矢量的轉矩分量；

根據修正后的電機給定電流矢量的轉矩分量、電機給定電流矢量的勵磁分量和電機實際電流矢量的轉矩分量和勵磁分量，通過矢量控制算法計算獲得電機電壓矢量；

根據所述電機電壓矢量，通過進行脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation，簡稱PWM)，獲得牽引變流器的驅動信號；

利用所述驅動信號驅動所述牽引變流器，以使所述牽引變流器在所述驅動信號的驅動下為所述電機提供電壓。

本發明的第二個方面是提供一種抑制牽引變流器母線電壓振蕩的裝置，包括：

振蕩模塊，用于獲取母線電壓的振蕩分量；

相位超前環節，用于將所述振蕩模塊獲得的母線電壓的振蕩分量作為自身的輸入，輸出電流前饋控制補償量；