[發明專利]機車牽引變流器網壓波動復合檢測控制裝置及其控制方法

在審

• 申請號: 202011036438.7
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112242796A
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 王力;張瑞峰;王維;于森林;詹哲軍
• 申請（專利權）人: 中車永濟電機有限公司
• 主分類號: H02M7/797
• 分類號: H02M7/797;H02J3/12;H02J3/01;B60M3/02
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發明涉及機車牽引變流器網壓波動控制，具體為機車牽引變流器網壓波動復合檢測控制裝置及其控制方法。解決現有機車牽引變流器網壓波動檢測控制方法存在的問題和缺陷，提供一種機車牽引變流器網壓波動復合檢測控制裝置及其控制方法。該方法通過四象限整流器控制軟件實現；該控制裝置的電壓外環由傳統PI控制器改為滑模控制器并進一步加入多重化控制算法，一方面在檢測到網壓波動時可以對網壓跳變量進行快速控制，另一方面降低交流側電流諧波對電網帶來的污染。提高了控制系統的魯棒性和抗干擾能力，在發生網壓波動時，不會造成機車高壓系統、牽引系統、輔助系統等故障發生，從而保障列車安全穩定運行。

技術領域

本發明涉及機車牽引變流器網壓波動控制，具體為機車牽引變流器網壓波動復合檢測控制裝置及其控制方法。

背景技術

隨著我國鐵路運營里程的逐年增加，鐵路牽引供電系統越來越龐大，加之新的車型不斷涌現，運營過程中出現了一些新的問題。諧波引起的網壓波動是由于機車/動車組和供電系統電氣耦合參數匹配不合理造成的，通常與高次諧波含量較高及系統容性設備有關，會造成機車/動車組的高壓、牽引、輔助系統等故障。低頻率的網壓波動并出現網壓持續放大的問題，多由四象限整流器軟件控制策略缺陷或機車/動車組數量較多引起，給列車安全穩定運行帶來了嚴重影響。因此，通過優化四象限整流器控制算法，一方面采用多重化方式降低交流側電流諧波帶來的污染，另一方面通過網側變流器在檢測到網壓波動時，四象限整流器控制軟件通過控制算法對網壓跳變量進行快速控制，從而保障列車安全穩定運行。

現有針對網壓波動的方法之一：通過減小整個牽引供電系統空載時輸出阻抗，提高系統的穩定性。文中提出通過增大變電所容量或者減小變壓器短路電壓百分比都可以有效降低變電所變壓器等效阻抗，從而使牽引供電系統穩定性更好，降低網壓波動出現的頻率。這種方法的缺點是需要更改牽引所的牽引變壓器，導致系統成本過高。

現有針對網壓波動的方法之二：通過牽引四象限整流器控制軟件實現，四象限整流器控制軟件采用雙閉環控制策略，當檢測到網壓跳變時，通過電壓外環PI控制器+電流內環PR控制器來保證中間母線電壓的穩定。這種方法的缺點是低頻網壓波動時，系統魯棒性較差，動態相應速度不快、抗干擾能力不強，不能保證列車安全穩定運行。

發明內容

本發明解決現有機車牽引變流器網壓波動檢測控制方法存在的問題和缺陷，提供一種機車牽引變流器網壓波動復合檢測控制裝置及其控制方法。該方法通過四象限整流器控制軟件實現；該控制裝置的電壓外環由傳統PI控制器改為滑模控制器并進一步加入多重化控制算法，一方面在檢測到網壓波動時可以對網壓跳變量進行快速控制，另一方面降低交流側電流諧波對電網帶來的污染。提高了控制系統的魯棒性和抗干擾能力，在發生網壓波動時，不會造成機車高壓系統、牽引系統、輔助系統(含列車供電柜)等故障發生，從而保障列車安全穩定運行。

本發明是采用如下技術方案實現的：機車牽引變流器網壓波動復合檢測控制裝置，包括牽引四象限整流器的控制器，控制器采用電壓外環控制器+電流內環控制器的雙閉環控制結構，電流內環控制器為PR控制器，電壓外環控制器為滑模控制器。在現有雙閉環控制的基礎上，將電壓外環控制器由PI控制器改為滑模控制器，滑模控制本質上是非線性控制的一種，它的非線性表現為控制的不連續性，即系統的“結構”不固定，可以在動態過程中根據系統當前的狀態有目的地不斷變化，迫使系統按照預定“滑動模態”的狀態軌跡運動。在發生網壓跳變時，傳統PI控制器雖然最終能滿足中間電壓穩定，但響應速度慢，且存在超調量，因此選擇滑模控制器，經過半實物仿真驗證控制系統有較好的魯棒性和動態性能，在發生網壓波動時能保障機車穩定運行。

機車牽引變流器網壓波動復合檢測控制方法，通過牽引四象限整流器控制軟件實現，四象限整流器控制軟件采用電壓外環滑模控制器+電流內環PR控制器的雙閉環控制策略，電壓外環滑模控制器的設計方法如下：

1、根據控制需求及被控對象寫出相應狀態方程

電壓外環被控對象：母線電壓，通過控制流入電容的電流，來控制母線電壓；