[發明專利]一種基于直流母線電壓檢測的二次脈動功率解耦方法

有效

• 申請號: 202011637115.3
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112865528B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 陳杰;袁德強;劉志剛;況陽;沈來來;沈迪;章予曦;陳天宇;苗逸飛;吳楠;邱瑞昌
• 申請（專利權）人: 北京交通大學;中車長春軌道客車股份有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M7/219;H02M1/34;H02M1/088
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 張新利;謝建玲

本發明屬于軌道交通技術領域，涉及動車組的能量存儲裝置技術領域，具體涉及一種基于直流母線電壓檢測的二次脈動功率解耦方法。本發明基于Buck型雙向DC/DC變流器取代無源LC諧振濾波器拓撲，通過檢測直流母線電壓，計算得到實際二次脈動功率，由此給出解耦電容目標電壓指令值，通過電壓電流PI雙閉環控制實現有源功率解耦。此方法通過雙向DC/DC變流器實現有源功率解耦，保證了直流母線電壓的穩定，進而提升了牽引變流器的整體功率密度，有利于動車組輕量化運行；并且本發明不需要增加傳感器，易于系統改造，是一種實用的二次脈動功率解耦方法。

技術領域

本發明屬于軌道交通技術領域，涉及動車組的能量存儲裝置技術領域，具體涉及動車組有源功率解耦的實現方法。

背景技術

高速列車在通過接觸網供電時，單相四象限變流器會產生二次脈動功率，二次脈動功率會對電機造成拍頻現象，導致電機出現明顯的轉矩脈動。雖然無拍頻控制能夠抑制拍頻現象，然而控制算法復雜，并且電機處于動態變化的過程，因此無拍頻控制的抑制效果有限。目前一般采用無源LC諧振濾波器實現無源功率解耦，保證直流母線電壓的穩定。然而，該無源LC諧振濾波器體積笨重且占用空間大，降低了牽引變流器的功率密度，不利于動車組的輕量化發展，因此本發明通過采用Buck型雙向DC/DC變流器取代無源LC諧振濾波器，利用直流母線電壓計算二次脈動功率，通過雙閉環控制解耦電容的電壓實現解耦功能，能夠實現動車組在無LC諧振電路下的高效穩定運行。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于直流母線電壓檢測的二次脈動功率解耦方法，通過檢測直流母線電壓計算得到實際二次脈動功率，由此給出了解耦電容目標電壓指令值，通過電壓電流雙閉環控制實現了有源功率解耦，從而提高牽引變流器整體的功率密度，且不需要增加傳感器，易于系統改造。

第一方面，本發明采用的主電路拓撲：前端橋臂為單相四象限變流器橋臂，用來將交流電能轉換為直流電；后端橋臂為Buck型雙向 DC/DC變流器橋臂，取代無源LC諧振濾波器實現有源功率解耦；

第二方面，本發明通過控制Buck型雙向DC/DC變流器橋臂的開通和關斷，使得二次脈動功率完全流經該橋臂的LC支路，不會在直流側產生二次脈動電壓，實現直流側的二次脈動功率解耦，從而取代無源LC諧振電路；

第三方面，本發明通過對直流母線電壓進行在線滑窗傅里葉分析，可以實時得到直流母線電容上二次脈動電壓的幅值和大小，計算得到二次脈動功率，再利用二次脈動功率和上一控制周期計算得到的二次脈動功率的指令值，計算得到本次控制周期的二次脈動功率的指令值；

第四方面，本發明采用電壓電流PI雙閉環控制策略，對解耦電容的電壓進行控制，從而實現有源功率解耦。

根據檢測到的直流母線電壓存在的二次脈動，更新二次脈動功率的指令值，從而使得解耦電容上電壓指令發生變化，解耦直流母線電容上殘余的二次脈動功率，直至直流母線電壓u_d不存在二次脈動電壓。

本發明提供的基于直流母線電壓檢測的二次脈動功率解耦方法，該方法是基于Buck型雙向DC/DC變流器取代無源LC諧振濾波器拓撲，通過檢測直流母線電壓，計算得到實際二次脈動功率，由此給出解耦電容目標電壓指令值，通過電壓電流PI雙閉環控制對解耦電容的電壓進行控制，最終實現有源功率解耦，達到提升牽引變流器功率密度的目的，且不需要增加傳感器，易于系統改造。

為達到以上目的，本發明采取的技術方案是：

一種有源功率解耦電路，包括：交流側電源、交流側電感、單相四象限變流器橋臂、Buck型雙向DC/DC變流器橋臂、直流母線電容和負載；

所述交流側電源的一端與交流側電感的一端連接，交流側電感的另一端與單相四象限變流器橋臂中的一支橋臂的中點連接，交流側電源的另一端與單相四象限變流器橋臂中的另一支橋臂的中點連接，