[發明專利]一種基于選擇性虛擬諧波電阻的振蕩抑制方法和系統

在審

• 申請號: 202011267312.0
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112260256A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 陳溉泉;葛興來;蔣朝勃;孫偉鑫;蒲俊楷;楊靜
• 申請（專利權）人: 成都運達科技股份有限公司
• 主分類號: H02J1/00
• 分類號: H02J1/00;H02P21/05;H02P27/06
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 林菲菲

本發明公開了一種基于選擇性虛擬諧波電阻的振蕩抑制方法和系統，本發明的方法包括以下步驟：根據選擇性虛擬諧波電阻抑制策略以及地鐵牽引傳動系統直流側等效電路，構建基于選擇性虛擬諧波電阻失穩抑制系統；根據構建的基于選擇性虛擬諧波電阻失穩抑制系統的特征方程，依據系統漸進穩定判據，計算得到滿足穩定性判據條件下的同步旋轉坐標系下的電壓補償參數；將計算得到的同步旋轉坐標系下的電壓補償參數輸入到地鐵牽引傳動系統補償環節，從而抑制直流側失穩振蕩。本發明采用基于選擇性虛擬諧波電阻的振動抑制策略，通過引入補償參數，且補償參數使得系統正好滿足特征方程穩定性判據條件，因此本發明能夠有效抑制失穩振蕩，提高系統的穩定性。

技術領域

本發明屬于城軌直-交牽引傳動系統直流側失穩振蕩抑制技術領域，具體涉及一種基于選擇性虛擬諧波電阻的振蕩抑制方法和系統。

背景技術

由于在國內各主要城市不斷投入對城軌交通建設與運營，地鐵牽引傳動系統的穩定性不斷受到密切關注，而且其振蕩抑制策略成為研究熱點。地鐵列車的核心動力來自于地鐵牽引傳動系統，其系統穩定性關系著地鐵運營的優劣。地鐵牽引傳動系統大多從直流接觸網通過受電弓供電，經由濾波電抗器和支撐電容器向變流器供電。然而由于車載能力空間、重量以等因素的影響，限制了直流側濾波電感以及支撐電容的選值，導致系統穩定性的裕量無法滿足所有工況，此外電機的恒功率特性引起的負阻抗特征將大大削弱系統的阻尼，降低系統的穩定范圍，地鐵牽引系統直流側會出現電壓持續振蕩，使得牽引電機產生脈動轉矩分量，損害車體裝置并影響乘客體驗。牽引系統直流側振蕩嚴重時甚至會觸發過電壓、過電流保護，導致牽引系統封鎖脈沖，完全喪失牽引能力。因此，如何有效解決牽引系統直流側振蕩問題、確保直流電壓穩定已成為地鐵交通的研究熱點。

為避免車網振蕩的危害，提高地鐵牽引傳動系統的穩定性，眾多國內外專家提出了相應的抑制方法，可分為無源阻尼抑制與有源阻尼抑制。無源阻尼是一種通過設計濾波器參數和增加額外的阻尼結構來提升系統的穩定性。但是，額外阻尼結構的增加將復雜化主電路結構，同時失穩情況的發生與主電路參數以及系統工況相關，難以設計匹配性的阻尼電路參數。有源阻尼是一種通過控制環節補償的抑制方法，通過對系統導納重塑，從而使車與網側阻抗匹配，因其方便高效而得到廣泛關注。目前有一種失穩抑制策略是通過對直流側電壓進行振蕩分量獲取，來相應地調節轉矩環電流參考值以滿足牽引網穩定的要求，然而這種“乘法”方案往往會出現過補償情況，影響系統的動態和穩態性能。另一種失穩抑制策略獲取系統各狀態變量的信息，構建了狀態空間方程克服負阻抗引起系統失穩，該阻尼方法保證了全局的系統穩定控制，然而車輛參數不易獲取使得這種非線性控制方案難以設計與應用。

發明內容

為了克服現有失穩抑制技術存在過補償或者設計和應用受限的技術問題，本發明提供了一種基于選擇性虛擬諧波電阻的振蕩抑制方法，從而使牽引網側電壓電流穩定并改善牽引變流器-電機輸入阻抗特性，提升了網-車系統穩定性。

本發明通過下述技術方案實現：

一種基于選擇性虛擬諧波電阻的振蕩抑制方法和系統，該方法包括以下步驟：

步驟S1，獲取地鐵牽引傳動系統直流側振蕩電壓，并通過對直流側電壓進行傅里葉分析得到振蕩頻率；根據選擇性虛擬諧波電阻抑制策略以及地鐵牽引傳動系統直流側等效電路，構建基于選擇性虛擬諧波電阻失穩抑制系統；

步驟S2，根據步驟S1構建的基于選擇性虛擬諧波電阻失穩抑制系統的特征方程，依據系統漸進穩定判據，計算得到滿足穩定性判據條件下的同步旋轉坐標系下的電壓補償參數；

步驟S3，將計算得到的同步旋轉坐標系下的電壓補償參數輸入到地鐵牽引傳動系統補償環節，從而抑制直流側失穩振蕩。

本發明采用基于選擇性虛擬諧波電阻的振動抑制策略，通過引入補償參數，且補償參數使得系統正好滿足特征方程穩定性判據條件，因此本發明能夠有效抑制失穩振蕩，提高系統的穩定性。