[發明專利]一種高速鐵路牽引供電系統綜合負荷等效建模方法

在審

• 申請號: 202110059247.0
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112886570A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 李欣然;蘆純靜;鐘偉;宋軍英;張開翔;陳澤弘;李培強
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;G06F30/20;G06F113/04
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

1.一種高速鐵路牽引供電系統綜合負荷等效建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)基于牽引供電系統的結構，并分析單相三電平整流器、牽引逆變器以及牽引電機的控制策略，設計牽引供電系統控制策略模塊，其中單相三電平整流器采用瞬態電流控制策略，牽引逆變器采用空間矢量脈寬調制策略，牽引電機采用磁通前饋控制策略以實現對于磁場定向矢量控制；然后基于控制策略建立包括單相三電平整流器、中間直流環節、牽引逆變器和輔助供電系統的牽引供電系統的詳細仿真模型；

2)根據詳細仿真模型，分析牽引供電系統的運行特性和負荷構成；

3)根據牽引供電系統的運行特性和負荷構成，采用恒定阻抗并聯感應電動機建立等效負荷模型：首先基于3階機電暫態模型對感應電動機進行數學描述形成動態負荷，然后根據實際牽引供電系統的額定功率確定靜態模型參數，再根據實際運行電壓計算模型中的靜態負荷功率，綜合考慮動態負荷和靜態負荷部分得到等效負荷模型；

4)利用仿真平臺對詳細仿真模型的仿真結果與等效模型的仿真結果進行比較，以驗證等效負荷模型的準確性和實用性。

2.根據權利要求1所述的高速鐵路牽引供電系統綜合負荷等效建模方法，其特征在于，所述步驟1)中，單相三電平整流器采用的瞬態電流控制策略為：

采用瞬態電流控制策略調制電壓信號，并引入網側電流反饋而成為直接電流控制，控制原理關系為：

其中，K為網側電流內環調節器的參數，K_P和T_i為直流電壓外環調節器的參數，是直流側電壓參考值，u_dc是直流側電壓值，t為時間，u_N(t)是網側交流電壓，i_N(t)是網側交流電流，L_N是網側等效電感，R_N是網側等效電阻，ω是角頻率；內環為電流環，外環為電壓環，整個控制系統系統為雙閉環結構；則電壓外環對直流側電壓的參考值與實際值的誤差進行調節后的輸出值為網側電流幅值的參考值

3.根據權利要求2所述的高速鐵路牽引供電系統綜合負荷等效建模方法，其特征在于，所述步驟1)中，還包括在確定時，引入直流側電流反饋以減輕電壓環調節器的負擔：

通過功率關系計算網側電流參考幅值的有效分量，將有效分量與調節器的輸出量相加作為網側電流參考幅值，則有數學關系如下：

其中，U_N為網側電壓的有效值，i_dc是直流側電流。

4.根據權利要求1所述的高速鐵路牽引供電系統綜合負荷等效建模方法，其特征在于，所述步驟1)中，牽引逆變器采用空間矢量脈寬調制策略，牽引電機采用磁通前饋控制策略以實現對于磁場定向矢量控制，包括以下步驟：

計算電流指令：根據動車組速度計算得到電磁轉矩指令和轉子磁鏈指令再通過矢量控制計算將電機定子電流分解為相當于轉矩部分的T軸電流指令和相當于轉子磁通部分的M軸電流指令

然后借助電流變換關系將電機定子三相電流i_a,i_b,i_c變換為矢量控制所用的旋轉坐標系下的M軸電流i_sM和T軸電流i_sT；將i_sM和i_sT與M、T軸反饋電流的偏差值輸入PI調節器得到反饋電壓，實時調節電機的動態響應；同時使用i_sM和i_sT來計算前饋電壓。最后將前饋電壓與反饋電壓求和，通過坐標變換得到目標電壓矢量輸出到SVPWM調制環節以實現牽引逆變器的用空間矢量脈寬調制策略。