[發(fā)明專利]機(jī)車牽引變流器網(wǎng)壓波動(dòng)復(fù)合檢測(cè)控制裝置及其控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011036438.7
• 申請(qǐng)日: 2020-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN112242796A
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王力;張瑞峰;王維;于森林;詹哲軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中車永濟(jì)電機(jī)有限公司
• 主分類號(hào): H02M7/797
• 分類號(hào): H02M7/797;H02J3/12;H02J3/01;B60M3/02
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

1.一種機(jī)車牽引變流器網(wǎng)壓波動(dòng)復(fù)合檢測(cè)控制裝置，包括牽引四象限整流器的控制器，控制器采用電壓外環(huán)控制器+電流內(nèi)環(huán)控制器的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，電流內(nèi)環(huán)控制器為PR控制器，其特征在于，電壓外環(huán)控制器為滑模控制器。

2.一種機(jī)車牽引變流器網(wǎng)壓波動(dòng)復(fù)合檢測(cè)控制方法，通過牽引四象限整流器控制軟件實(shí)現(xiàn)，其特征在于，四象限整流器控制軟件采用電壓外環(huán)滑模控制器+電流內(nèi)環(huán)PR控制器的雙閉環(huán)控制策略，電壓外環(huán)滑模控制器的設(shè)計(jì)方法如下：

1)根據(jù)控制需求及被控對(duì)象寫出相應(yīng)狀態(tài)方程

電壓外環(huán)被控對(duì)象：母線電壓，通過控制流入電容的電流，來控制母線電壓；

電壓外環(huán)控制目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)直流側(cè)中間電容上的實(shí)際電壓穩(wěn)定在給定指令電壓；

四象限整流器直流母線電容電壓方程為：

其中：i_s表示四象限整流器直流側(cè)電流，i_L表示四象限整流器負(fù)載電流,u_dc為實(shí)際母線電壓；

忽略電感儲(chǔ)能，根據(jù)能量守恒，在一個(gè)工頻周期內(nèi)，交流側(cè)有功功率等于直流側(cè)平均功率，即：

其中：E_amp表示四象限整流器交流側(cè)電壓的峰值，I_amp表示四象限整流器交流側(cè)電流的峰值，T表示工頻周期

假設(shè)直流母線電壓基本不變，得到：

將式(6)帶入式(5)得到：

其中：R為負(fù)載阻值，i*為電流內(nèi)環(huán)指令值，θ為電網(wǎng)相位，為母線電壓的參考電壓，通常為一常量；

2)滑模面的設(shè)計(jì)

由公式(9)可以推出：

定義電壓外環(huán)的狀態(tài)變量x₁、x₂：

其中：為母線電壓的參考電壓，通常為一常量；u_dc為實(shí)際母線電壓，根據(jù)公式(11)可知:

定義：u＝i^*,則公式(12)可變?yōu)?

定義滑模面函數(shù)s為：

s＝cx₁+x₂ (14)

其中：c0為控制器參數(shù)；

對(duì)公式(14)求導(dǎo)，可得：

3)趨近律的設(shè)計(jì)

趨近律一般有如下幾種設(shè)計(jì)：

其中符號(hào)函數(shù)sgn(s)：

為了保證u_dc的穩(wěn)定控制以及四象限整流器控制系統(tǒng)有較好的動(dòng)態(tài)性能，此處選擇指數(shù)趨近律，表達(dá)式如下：

4)控制器和滑模面的關(guān)系

由公式(15)和(20)可以推出控制器的表達(dá)式為：

式中：c＞0、ε＞0、k＞0為滑模控制器參數(shù)，具體值根據(jù)給定參數(shù)，試出來的；

從而得到電流內(nèi)環(huán)的指令電流為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)車牽引變流器網(wǎng)壓波動(dòng)復(fù)合檢測(cè)控制方法，其特征在于，采集檢測(cè)此時(shí)的中間直流電壓值u_dc，若此時(shí)u_dc和指令值滿足以下公式，則表明網(wǎng)壓波動(dòng)值被四象限整流器控制軟件消除，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，否則返回再次運(yùn)行該控制方法：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)車牽引變流器網(wǎng)壓波動(dòng)復(fù)合檢測(cè)控制方法，其特征在于，采用多重化載波移相技術(shù)降低網(wǎng)側(cè)電流諧波，減少電流諧波對(duì)電網(wǎng)的污染，有效降低低頻網(wǎng)壓振蕩，具體方法如下：

所述四象限整流器為N組，則多重化的個(gè)數(shù)為N，多重化技術(shù)主要是載波角度的計(jì)算分配，則每一組四象限整流器載波角度依次錯(cuò)開π/N，載波角度分配公式如下：

每組四象限整流器的載波再分別與調(diào)制波比較進(jìn)行脈沖調(diào)制，得到的調(diào)制脈沖分別控制相應(yīng)整流器IGBT。