[發(fā)明專利]一種永磁牽引系統(tǒng)用混合多電平逆變器及其控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911173875.0
• 申請日: 2019-11-26
• 公開（公告）號: CN110829872A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬光同;徐帥;孫振耀;張晗
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/48;H02M1/32;H02P27/00;H02P6/04;H02P5/74;H02P25/022
• 代理公司: 成都正華專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊

本發(fā)明公開了一種混合多電平逆變器及其控制方法和高鐵永磁牽引系統(tǒng)，逆變器包括至少一個單相橋臂及給單相橋臂提供直流電壓的直流輸入電路；每個單相橋臂包括級聯(lián)的高壓低頻單元和低壓高頻單元，高壓低頻單元包括串聯(lián)耦合的兩電平上橋臂和兩電平下橋臂；兩電平上橋臂和兩電平下橋臂中的功率開關(guān)器件運(yùn)行于基頻模式；低壓高頻單元包括依次級聯(lián)而成的中間連接單元和至少一個T型三電平單元，中間連接單元由兩個互補(bǔ)的功率開關(guān)器件構(gòu)成，每個低壓高頻單元的最后一個T型三電平單元與一個獨(dú)立的輸出相連接；中間連接單元與兩電平上橋臂和兩電平下橋臂的中點(diǎn)級聯(lián)；中間連接單元和T型三電平單元的功率開關(guān)器件運(yùn)行于高頻開關(guān)模式。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高鐵中的牽引系統(tǒng)，具體涉及一種混合多電平逆變器及其控制方法和高鐵永磁牽引系統(tǒng)。

背景技術(shù)

牽引系統(tǒng)作為高速列車的“心臟”，其性能決定著列車的啟動、制動及最高速度。高速列車牽引系統(tǒng)經(jīng)歷了從直流電機(jī)到交流異步電機(jī)傳動的換代，而相較于感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動，永磁同步電機(jī)因其具有損耗低、效率高、功率密度大、啟動特性好、加速性能強(qiáng)及噪聲低等顯著優(yōu)勢，具有逐步取代交流感應(yīng)電機(jī)的技術(shù)潛力。

永磁牽引系統(tǒng)主要包含牽引變壓器、牽引變流器(整流器、逆變器和中間直流環(huán)節(jié))、永磁牽引電機(jī)和牽引傳動控制系統(tǒng)。其中，牽引逆變器作為直接驅(qū)動永磁同步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置，是牽引變流系統(tǒng)的核心構(gòu)成部件，高功率密度、高效率、高性能及高可靠性始終是其技術(shù)發(fā)展和革新的核心要求。

目前，在國內(nèi)外牽引傳動應(yīng)用領(lǐng)域，兩電平牽引逆變器拓?fù)湟廊徽紦?jù)了很大比例，如龐巴迪公司的Regina C2008型，西門子公司的ICE3型，國內(nèi)的CRH1A動車組。為了提高牽引系統(tǒng)在低開關(guān)頻率下的電能輸出質(zhì)量，一些動車組采用三電平逆變器，典型代表為我國技術(shù)引進(jìn)的CRH2型動車組。現(xiàn)有的高鐵牽引逆變器電平數(shù)較低，存在輸出電流諧波含量高，電磁干擾大，功率損耗高，故障容錯能力較差等問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的一種混合多電平逆變器及其控制方法和高鐵永磁牽引系統(tǒng)解決了現(xiàn)有逆變器開關(guān)頻率低、體積和重量大、容錯能力差的問題。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

第一方面，提供一種混合多電平逆變器，其包括至少一個單相橋臂及給單相橋臂提供直流電壓的直流輸入電路；每個單相橋臂包括級聯(lián)的高壓低頻單元和低壓高頻單元，高壓低頻單元包括串聯(lián)耦合的兩電平上橋臂和兩電平下橋臂；兩電平上橋臂和兩電平下橋臂中的功率開關(guān)運(yùn)行于基頻模式；

低壓高頻單元包括依次級聯(lián)而成的中間連接單元和至少一個T型三電平單元，每個低壓高頻單元的最后一個T型三電平單元與一個獨(dú)立的輸出相連接；中間連接單元與兩電平上橋臂和兩電平下橋臂的中點(diǎn)級聯(lián)；中間連接單元和T型三電平單元的功率開關(guān)運(yùn)行于高頻開關(guān)模式。

第二方面，提供一種混合多電平逆變器的飛跨電容電壓平衡控制方法，混合多電平逆變器包括一個T型三電平單元，飛跨電容電壓平衡控制方法包括：

S1、獲取高鐵永磁牽引系統(tǒng)中的控制目標(biāo)，所述控制目標(biāo)包括調(diào)制度m、初相角φ₀和載波頻率f_c；

S2、根據(jù)所述控制目標(biāo)，通過電壓、電流和功率控制環(huán)產(chǎn)生混合多電平逆變器A、B、C相的參考調(diào)制波信號：

其中，V_{a_ref}、V_{b_ref}、V_{c_ref}分別為A、B、C相的參考調(diào)制波信號；V_dc為直流母線電壓；t為時(shí)間；