[發(fā)明專(zhuān)利]牽引變流器熱性能動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110725421.0
• 申請(qǐng)日: 2021-06-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113381635A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊超;彭濤;黃嘯林;高錦秋;陶宏偉;陽(yáng)春華;桂衛(wèi)華;陳志文;樊欣宇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02M7/5387
• 分類(lèi)號(hào): H02M7/5387;H02M1/088;H02M1/32;H02H7/122
• 代理公司: 長(zhǎng)沙朕揚(yáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43213
• 代理人: 鄧宇

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)一種牽引變流器熱性能動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)在正常運(yùn)行情況和故障運(yùn)行情況下的牽引變流器的熱性能的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制。包括：構(gòu)建待測(cè)牽引變流器的電性能控制量的預(yù)測(cè)模型和熱性能控制量的預(yù)測(cè)模型；根據(jù)電性能控制量的預(yù)測(cè)模型構(gòu)建電性能控制目標(biāo)函數(shù)，并根據(jù)熱性能控制量的預(yù)測(cè)模型構(gòu)建基于標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)動(dòng)態(tài)加權(quán)的熱性能控制目標(biāo)函數(shù)；基于所述電性能控制目標(biāo)函數(shù)和所述熱性能控制目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建用于表示性能歸一化的獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)；根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，確定符合預(yù)設(shè)條件的系統(tǒng)電平狀態(tài)組合集；根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)電平狀態(tài)組合對(duì)待測(cè)牽引變流器的電熱性能進(jìn)行調(diào)節(jié)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及軌道交通電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種牽引變流器熱性能動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

牽引傳動(dòng)系統(tǒng)作為高速列車(chē)車(chē)載核心組成系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)牽引驅(qū)動(dòng)列車(chē)高速、平穩(wěn)行駛的任務(wù)，牽引傳動(dòng)系統(tǒng)主要由牽引變流器和牽引電機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備組成。目前，我國(guó)高速列車(chē)的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)所采用的控制策略均是基于正常運(yùn)行情況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，忽略了設(shè)備對(duì)控制目標(biāo)實(shí)際執(zhí)行效果的差異性，特別是在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，系統(tǒng)中，不同器件、不同類(lèi)型、不同位置造成的差異性不僅明顯，而且更具有多樣性；此外，現(xiàn)有控制策略中，僅以列車(chē)速度和電流跟蹤為控制目標(biāo)，缺乏對(duì)設(shè)備可靠性的考慮。以上不足，一方面會(huì)導(dǎo)致高速列車(chē)無(wú)法應(yīng)對(duì)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中突發(fā)故障后的補(bǔ)救性安全運(yùn)行問(wèn)題，給在故障下行駛的列車(chē)穩(wěn)定、安全運(yùn)行帶來(lái)隱患；另一方面將導(dǎo)致系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的可靠性水平低、服役壽命短、故障發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)高，進(jìn)而增加維修成本。

其中，牽引變流器作為牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的核心設(shè)備，負(fù)責(zé)牽引驅(qū)動(dòng)列車(chē)行駛的能量供給與轉(zhuǎn)換。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，功率器件開(kāi)路故障是牽引變流器故障的主要來(lái)源，屬于列車(chē)高頻次維修器件之一。一旦牽引變流器發(fā)生故障將影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致列車(chē)被迫停車(chē)，由此可見(jiàn)，牽引變流器的可靠性直接影響著牽引傳動(dòng)系統(tǒng)乃至整車(chē)的安全運(yùn)行水平。

據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，除遭受過(guò)電應(yīng)力和其他極端異常情況外，熱循環(huán)應(yīng)力累積和沖擊是功率模器件的失效主因。需要注意的是，在牽引變流器集成化、模塊化的普及和應(yīng)用下，若干個(gè)功率器件被集成到一個(gè)功率模塊中，因此，某個(gè)功率模塊因熱應(yīng)力損壞，整個(gè)功率模塊甚至牽引變流器設(shè)備將被替換維修，然而，功率模塊中還包括大量還有較長(zhǎng)剩余壽命的其它正常功率器件。事實(shí)上，由于功率模塊熱應(yīng)力難以簡(jiǎn)單的加入到傳統(tǒng)的閉環(huán)控制策略中，造成牽引變流器的熱應(yīng)力狀況被忽視，特別是在多電平牽引變流器的應(yīng)用中，牽引變流器中功率模塊內(nèi)各功率器件間的熱應(yīng)力不平衡問(wèn)題更為凸顯。目前，基于主動(dòng)溫度管理的牽引變流器可靠性提升技術(shù)已引起廣泛關(guān)注，但相關(guān)研究還處于起步階段，主要在系統(tǒng)正常運(yùn)行下圍繞單個(gè)功率器件或者利用變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性做變流器電熱性能的改進(jìn)，并未涉及系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)喪失對(duì)稱(chēng)性，變流器的相電流也不再對(duì)稱(chēng)平衡等的復(fù)雜情況。

因此，如何實(shí)現(xiàn)在正常運(yùn)行情況和故障運(yùn)行情況下的牽引變流器的熱性能的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于公開(kāi)一種牽引變流器熱性能動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)，以通過(guò)智能調(diào)控牽引變流器中各功率模塊的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)在正常運(yùn)行情況和故障運(yùn)行情況下的牽引變流器的熱性能的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供了一種牽引變流器熱性能動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制方法，包括：

S1：構(gòu)建待測(cè)牽引變流器的電性能控制量的預(yù)測(cè)模型和熱性能控制量的預(yù)測(cè)模型；

S2：根據(jù)所述電性能控制量的預(yù)測(cè)模型構(gòu)建電性能控制目標(biāo)函數(shù)，并根據(jù)所述熱性能控制量的預(yù)測(cè)模型構(gòu)建基于標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)動(dòng)態(tài)加權(quán)的熱性能控制目標(biāo)函數(shù)；

S3：基于所述電性能控制目標(biāo)函數(shù)和所述熱性能控制目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建用于表示性能歸一化的獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)；

S4：根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，確定符合預(yù)設(shè)條件的系統(tǒng)電平狀態(tài)組合集；