[發明專利]一種用于動車組整流器的無源控制器的設計方法

在審

• 申請號: 201810571920.7
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108649819A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 劉志剛;耿照照;胡鑫烜
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 王沙沙

本發明公開了一種用于動車組整流器的無源控制器的設計方法，包括以下步驟：步驟1：建立動車組網側脈沖整流器的dq坐標系下數學模型；步驟2：建立動車組網側脈沖整流器的歐拉?拉格朗日數學模型；步驟3：根據步驟1建立的數學模型推導證明動車組網側脈沖整流器的無源性并求解整流器的期望平衡點；步驟4：注入阻尼，根據步驟3得到的期望平衡點和步驟2得到的數學模型得到基于歐拉?拉格朗日模型的無源控制律；本發明提高了整流器的穩定性，降低動車組網側整流器直流電壓超調和其波動性；基于阻尼注入方法使能量函數快速收斂于期望的能量函數，提高了控制系統的動態性能。

技術領域

本發明涉及動車組網側整流器控制領域，具體涉及一種用于動車組整流器的無源控制設計方法。

背景技術

隨著社會的發展，電氣化鐵路朝著高速、重載、高密度方向飛速發展，越來越多的新型交直交傳動CRH系列動車組與HXD系列電力機車大量投運；目前動車組和電力機車的脈沖整流器控制策略分為線性控制策略和非線性控制策略，因脈沖整流器是非線性、強耦合系統，故非線性控制策略可提高整流器的性能；線性控制策略中瞬態直接電流控制是目前電力機車和高速動車組中采用較多的控制策略，現存的控制器都是以線性PI控制器為基礎。

為了改善機車線側脈沖整流器的控制性能，張桂南等建立了單相脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation，PWM)整流器的閉環小信號模型；通過廣義Nyquist準則和Bode圖，分析了車網耦合系統的穩定性及動車控制參數、動車量對其穩定性的影響；通過仿真表明車網系統的穩定性與動車控制、動車輛有很大的關系；Menth S等研究了多臺機車引起的低頻電壓波動現象，發現機車數量及控制系統參數對該現象有較大影響；Assefa H Y等提出了一種新的控制策略，即對機車整流器的PWM開關死區效果進行補償，通過仿真和實驗發現，加入補償的機車整流器直流側電壓超調量要更小，且受到干擾后恢復到期望值的時間更短；總之，最常采用的線性PI控制方法的控制參數不容易整定，且其對系統擾動比較敏感；而四象限變流器是一個典型的非線性、多變量強耦合系統，對外界擾動和系統自身參數變化較為敏感，因此采用傳統的線性控制方法已達不到理想的控制效果。

發明內容

本發明提供一種提高整流器的穩定性，降低動車組網側整流器直流電壓超調和其波動性的用于動車組整流器的無源控制設計方法。

本發明采用的技術方案是：一種用于動車組整流器的無源控制器的設計方法，包括以下步驟：

步驟1：建立動車組網側脈沖整流器的dq坐標系下數學模型；

步驟2：建立動車組網側脈沖整流器的歐拉-拉格朗日數學模型；

步驟3：根據步驟1建立的數學模型推導證明動車組網側脈沖整流器的無源性并求解整流器的期望平衡點；

步驟4：注入阻尼，根據步驟3得到的期望平衡點和步驟2得到的數學模型得到基于歐拉-拉格朗日模型的無源控制律。

進一步的，所述步驟1中數學模型如下：

式中：L_n為牽引變壓器牽引繞組等效漏感；i_d和i_q為動車組網側電流i_n轉換到兩相旋轉坐標系下的有功、無功分量；t為時間；R_n為牽引變壓器內阻；ω為動車組網側電壓基波角頻率；S_d、S_q分別為開關函數S轉換到兩相旋轉坐標系下的有功、無功分量；u_dc為中間直流側電壓；u_d、u_q分別是動車組網側電壓u_n轉換到兩相旋轉坐標系下的有功、無功分量；R_d為機車牽引傳動系統的逆變器、牽引電機部分進行簡化等效電阻；C_d為直流側支撐電容。

進一步的，所述步驟2中歐拉-拉格朗日數學模型如下所示：