[發(fā)明專利]一種基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器滑模控制的高鐵低頻振蕩抑制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910278579.0
• 申請(qǐng)日: 2019-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109889061A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志剛;劉爽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/12
• 分類號(hào): H02M7/12;H02J3/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司 51200
• 代理人: 劉凱

本發(fā)明公開(kāi)一種基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器滑模控制的高鐵低頻振蕩抑制方法，先構(gòu)建動(dòng)車組網(wǎng)側(cè)整流器狀態(tài)空間模型；再將負(fù)載變化視為擾動(dòng)，對(duì)狀態(tài)空間模型建立擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，得到負(fù)載功率估計(jì)值；結(jié)合控制目標(biāo)，選取控制系統(tǒng)的輸出，建立基于外環(huán)電壓控制的兩個(gè)滑模面，結(jié)合負(fù)載功率估計(jì)值，得到網(wǎng)側(cè)電流無(wú)功分量參考值，完成滑模面表達(dá)式的求取；求取開(kāi)關(guān)函數(shù)，再將開(kāi)關(guān)函數(shù)與直流側(cè)電壓相乘，得到控制電壓；將控制電壓變換為α?β坐標(biāo)系分量，通過(guò)正弦脈寬調(diào)制輸出控制脈沖。本發(fā)明將所有外部擾動(dòng)視為一個(gè)狀態(tài)變量，在負(fù)載突變的情況下，能夠保持直流側(cè)電壓的恒定，可使網(wǎng)側(cè)電流擁有更小的總諧波畸變率，保證車網(wǎng)耦合系統(tǒng)的電能質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高鐵供電技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器滑模控制的高鐵低頻振蕩抑制方法。

背景技術(shù)

隨著中國(guó)高鐵的迅猛發(fā)展，高速、重載、大密度已經(jīng)成為當(dāng)下電氣化鐵路的重要特性，因此，對(duì)高鐵的供電可靠性提出了越來(lái)越高的要求。越來(lái)越多的新型交直交傳動(dòng)機(jī)車投入運(yùn)營(yíng)，大大增加了牽引供電系統(tǒng)的復(fù)雜性，我國(guó)牽引供電系統(tǒng)的低頻振蕩現(xiàn)象就是在這樣的背景下產(chǎn)生的，這種現(xiàn)象根本上是車網(wǎng)參數(shù)不匹配造成的不穩(wěn)定現(xiàn)象。許多研究結(jié)果均表明，網(wǎng)側(cè)整流器的控制策略是影響車網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的一大重要因素。交流傳動(dòng)機(jī)車、高速動(dòng)車組中所用的牽引變流器主要由四象限脈沖整流器和牽引逆變器組成。四象限脈沖整流即網(wǎng)側(cè)整流器，屬于PWM整流器。動(dòng)車組網(wǎng)側(cè)整流器通常采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)相結(jié)合的雙閉環(huán)控制方式，目前主要的控制方式有瞬態(tài)電流控制策略、可變相位角控制策略、預(yù)測(cè)直接電流控制策略、dq解耦控制策略等。傳統(tǒng)的線性控制方法的控制效果已經(jīng)很難得到提升，因此將非線性控制方法，例如預(yù)測(cè)控制、無(wú)源控制以及滑模控制等引入變流器的控制中是有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠節(jié)省成本，能夠保持直流側(cè)電壓的恒定，使得網(wǎng)側(cè)電流擁有更小的總諧波畸變率，能夠保證車網(wǎng)耦合系統(tǒng)的電能質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性的基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器滑模控制的高鐵低頻振蕩抑制方法。技術(shù)方案如下：

一種基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器滑模控制的高鐵低頻振蕩抑制方法，包括以下步驟：

步驟A：定義網(wǎng)側(cè)電流正交量，構(gòu)建d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下動(dòng)車組網(wǎng)側(cè)整流器的狀態(tài)空間模型；

步驟B：將負(fù)載變化視為擾動(dòng)，對(duì)上述狀態(tài)空間模型建立擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，得到負(fù)載功率的估計(jì)值；

步驟C：結(jié)合控制目標(biāo)，選取控制系統(tǒng)的輸出，建立基于外環(huán)電壓控制的兩個(gè)滑模面，結(jié)合步驟B得到的負(fù)載功率估計(jì)值，得到網(wǎng)側(cè)電流無(wú)功分量的參考值，完成滑模面表達(dá)式的求取；

步驟D：對(duì)上述兩個(gè)滑模面選取滑模控制趨近率，將步驟C建立的兩個(gè)滑模面代入滑模控制趨近率，將得到的結(jié)果代入d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下動(dòng)車組網(wǎng)側(cè)整流器的狀態(tài)空間模型，得到開(kāi)關(guān)函數(shù)，將該開(kāi)關(guān)函數(shù)與直流側(cè)電壓相乘，得到控制電壓；

步驟E：將步驟D中得到的控制電壓經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換得到α-β坐標(biāo)系分量，再通過(guò)正弦脈寬調(diào)制輸出控制脈沖。

進(jìn)一步的，所述步驟A的具體過(guò)程如下：

針對(duì)單相兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將交流側(cè)電流i_n表示為i_α，交流側(cè)電動(dòng)勢(shì)e_n表示為u_α，構(gòu)建與i_α、u_α正交的虛擬量i_β、u_β，根據(jù)坐標(biāo)變換遵循的等功率變換原則，得到

u_αi_α+u_βi_β＝U_dci_dc

式中，U_dc為直流側(cè)穩(wěn)定電壓，i_dc為直流側(cè)穩(wěn)定負(fù)載電流；