[發明專利]一種電力機車四象限變流裝置低諧波抑制方法

有效

• 申請號: 201911061709.1
• 申請日: 2019-11-01
• 公開（公告）號: CN110729879B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 于森林;蘇鵬程;王力;張巧娟;詹哲軍;梁海剛;司軍民
• 申請（專利權）人: 中車永濟電機有限公司
• 主分類號: H02M1/12
• 分類號: H02M1/12
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

1.一種電力機車四象限變流裝置低諧波抑制方法，其特征在于包括四象限控制算法、四象限調制算法和諧波抑制算法；

其中諧波抑制算法包括以下步驟：

將四象限變流器輸入電流轉換到旋轉坐標系下的諧波次d軸電流和諧波次q軸電流，經過低通濾波器濾波后，得到諧波電流的d軸直流分量和q軸直流分量，旋轉坐標系變換所需要的角度通過來自硬件板卡的網壓同步脈沖信號與DSP高速中斷計數配合計算獲得；

將得到的各次諧波電流d軸直流分量和q軸直流分量作為反饋量，與給定量構成PI控制閉環，通過閉環控制方式將各次諧波電流的直流分量調節為零，輸出量為各次諧波旋轉坐標下的d軸和q軸誤差電壓分量；

將各次諧波旋轉坐標下的d軸和q軸誤差電壓分量轉換到基波旋轉坐標下的d軸和q軸電壓諧波分量，旋轉坐標系變換所需要的角度通過來自硬件板卡的網壓同步脈沖信號與DSP高速中斷計數配合計算獲得；

將基波旋轉坐標下的d軸電壓諧波分量相加構成基波旋轉坐標下的諧波d軸電壓調節總量；將基波旋轉坐標下的q軸電壓諧波分量相加構成基波旋轉坐標下的諧波q軸電壓調節總量；諧波d軸電壓調節總量作為前饋項送入到四象限控制算法中的基波d軸PI控制器輸出項參與運算；諧波q軸電壓調節總量作為前饋項送入到四象限控制算法中的基波q軸PI控制器輸出項參與運算；

四象限控制算法運算出諧波抑制功能的指令電壓，將指令電壓送入四象限脈沖調制模塊進行調制得到PWM脈沖，送入四象限變流器的IGBT中；

坐標變換所需要的角度的計算過程如下：電網網壓信號在由負到正過零點時，經過硬件板卡上的硬件調理電路會產生一個與網壓過零點同步的具有上升沿的高電平信號P；電網網壓信號在由正到負過零點時，硬件板卡輸出一個與網壓過零點同步的具有下降沿的低電平信號p′；在DSP中設置MKHz的高速中斷，完成中斷計數和基波角度計算；高電平信號P上升沿個數使用Cnt計數，Cnt采用最大值為Q的增減計數方式，高速中斷次數使用Cnt1和Cnt2計數；當檢測到網壓同步高電平信號P的上升沿且Cnt為奇數時，高速中斷計數Cnt1開始增加，Cnt1增加期間檢測到下降沿的低電平信號p′時，Cnt2計數清零；在下一個高電平信號P上升沿到來時，高速中斷計數Cnt1計數結束，Cnt1計數值賦予N進行角度計算；當Cnt計數值為0或者偶數時，中斷計數Cnt2開始增加，Cnt2增加期間檢測到下降沿的低電平信號p′時，Cnt1計數清零；在下一個脈沖信號P上升沿到來時，高速中斷計數Cnt2計數結束，Cnt2計數值賦予N進行角度計算，基波角度ωt計算公式表示為：

2.根據權利要求1所述的一種電力機車四象限變流裝置低諧波抑制方法，其特征在于該方法為單獨使用控制算法實現的四象限電流低次諧波抑制方法，采用DSP+FPGA控制芯片和信號調理硬件板卡組成的硬件構架，其中DSP芯片完成四象限控制算法、四象限調制算法和諧波抑制算法，FPGA完成四象限整流所需的數據采樣，上位機通訊，脈沖及死區設置，其中FPGA中設置了過流、過壓硬件保護與軟件保護構成雙重保護；信號調理硬件板卡完成四象限輸入信號的調理，完成信號調理后將信號傳送至FPGA進行采樣，DSP讀取FPGA中的信號采樣值用于控制算法計算。

3.根據權利要求2所述的一種電力機車四象限變流裝置低諧波抑制方法，其特征在于諧波抑制算法是對三次諧波和五次諧波進行抑制，三次和五次諧波電流的d軸直流分量和q軸直流分量的具體運算過程如下：

將四象限輸入電流i_s與C_abc-dq3相乘即可得到在旋轉坐標系下的3次d軸電流i_d3和3次q軸電流i_q3，即經過截止頻率為f_c低通濾波器濾波后，得到3次諧波電流的d軸直流分量和q軸直流分量

將四象限輸入電流i_s與C_abc-dq5相乘即可得到在旋轉坐標系下的5次d軸電流i_d5和5次q軸電流i_q5，經過截止頻率為f_c低通濾波器濾波后，得到5次諧波電流的d軸直流量分量和q軸直流分量