[發明專利]牽引變流器熱性能動態優化控制方法及系統

在審

• 申請號: 202110725421.0
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113381635A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 楊超;彭濤;黃嘯林;高錦秋;陶宏偉;陽春華;桂衛華;陳志文;樊欣宇
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/088;H02M1/32;H02H7/122
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 鄧宇

1.一種牽引變流器熱性能動態優化控制方法，其特征在于，包括：

S1：構建待測牽引變流器的電性能控制量的預測模型和熱性能控制量的預測模型；

S2：根據所述電性能控制量的預測模型構建電性能控制目標函數，并根據所述熱性能控制量的預測模型構建基于標準差系數動態加權的熱性能控制目標函數；

S3：基于所述電性能控制目標函數和所述熱性能控制目標函數，構建用于表示性能歸一化的獎勵函數；

S4：根據系統的運行狀態，確定符合預設條件的系統電平狀態組合集；

S5：根據目標系統電平狀態組合對待測牽引變流器的電熱性能進行調節，其中，所述目標系統電平狀態組合為所述系統電平狀態組合集中使得獎勵函數輸出的函數值最大化的系統電平狀態組合。

2.根據權利要求1所述的牽引變流器熱性能動態優化控制方法，其特征在于，所述根據目標系統電平狀態組合對待測牽引變流器的電熱性能進行調節，包括：

在待測牽引變流器處于正常運行狀態或者故障狀態的情況下，降低待測牽引變流器的整體溫度，且各橋臂的溫度差異趨于一致，或者；

降低單個功率模塊的平均溫度，使模塊內各功率器件間的溫度差異趨于一致；

其中，所述故障狀態用于表示牽引變流器的功率模塊中功率器件或鉗位二極管發生開路故障。

3.根據權利要求1所述的牽引變流器熱性能動態優化控制方法，其特征在于，所述牽引變流器的電性能控制量包括：相電流、直流電壓、平均功率、或者瞬態速度；所述牽引變流器的熱性能控制量包括器件結溫或者器件能耗。

4.根據權利要求1所述的牽引變流器熱性能動態優化控制方法，其特征在于，所述S1包括：

S11：構建待測牽引變流器的電性能控制量的預測模型，表示為：

x[n+1]＝A[n]x[n]+B(S[n])u[n]+C[n]；

式中，x[n+1]為預測第[n+1]個采樣周期內系統電性能控制量的狀態向量，[n]為第[n]個采樣周期，x[n]為第[n]個采樣周期內系統電性能控制量的狀態向量，x∈{x₁,x₂,…,x_p,…,x_P}，x_p為與系統電性能控制量有關的狀態空間方程中的第p個狀態變量，x_p的取值為系統電性能控制量在第[n]個采樣周期內的采樣值，P為與電性能控制量有關的狀態空間方程中的狀態變量總數，A為與系統電性能控制量有關的狀態空間方程中關于狀態向量的時變參數矩陣，B(S[n])為與系統電性能控制量有關的狀態空間方程中關于輸入向量的時變參數矩陣，其表達式與S[n]有關，S[n]為第[n]個采樣周期內牽引變流器各相橋臂的電平狀態所有組合的集合，S[n]＝[S¹[n],S²[n],…,S^d[n],…,S^D[n]]，S^d[n]表示第[n]個采樣周期內牽引變流器第d相橋臂的電平狀態，其中橋臂的電平狀態由若干離散數值組成，并由牽引變流器的拓撲結構所決定，D為牽引變流器的橋臂總數；u[n]為第[n]個采樣周期內系統的輸入向量，其中，u[n]的表示方式滿足u[n]＝[u₁[n],u₂[n],…,u_q[n],…,u_Q[n]]^T，u_q[n]為第q個輸入變量，T表示矩陣的轉置，Q為輸入變量總數；C為與系統電性能控制量有關的狀態空間方程中非向量項組成的時變參數矩陣；

S12：構建待測牽引變流器的熱性能控制量的預測模型，表示為：

式中，為牽引變流器第k個功率模塊中第j個功率器件在第[n+1]個采樣周期內的總體能耗預測值，k＝1,2,…,K，K為牽引變流器中功率模塊的總數，j＝1,2,…,J_k，J_k為第k個功率模塊中功率器件的總數；S_k[n]表示在第[n]個采樣周期內牽引變流器第k個功率模塊中的電平狀態；i_k[n+1]為第[n+1]個采樣周期內流經牽引變流器第k個功率模塊的電流預測值，T_kj[n]為第[n]個采樣周期內第k個功率模塊中第j個功率器件的結溫；和分別為牽引變流器第k個功率模塊中第j個功率器件的導通損耗和切換損耗，其數值是根據功率器件結溫T_kj[n]和電流預測值i_k[n+1]確定的；和分別為判斷第k個功率模塊中第j個功率器件是否產生導通損耗和切換損耗的函數。