用于有轨电车辅助变流系统的DC-DC控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于有轨电车辅助变流系统的DC‑DC控制方法，含有以下步骤:采集输出电压Umeas，对输出电压Umeas进行迟滞判断；判断输出电压Umeas是否大于设定的过压迟滞上门限值Uover_h；若输出电压Umeas大于过压迟滞上门限值Uover_h，进入过压处理模式；若输出电压Umeas小于设定的过压迟滞下门限值Uover_l，进入正常处理模式；判断输出电压Umeas是否小于设定的欠压迟滞下门限值Uless_l；若输出电压Umeas小于欠压迟滞下门限值Uless_l，进入欠压处理模式；若输出电压Umeas大于设定的欠压迟滞上门限值Uless_h，进入正常处理模式。本发明专利技术对过过压模式和欠压模式进行甄别，未改变原硬件设计，未增加额外的控制环路，只需要调整控制参数，对不同模式加以区分处理，即可满足动态响应速度的要求，实现了对输出交流电压的精确控制。

DC-DC control method for auxiliary converter system of tram

The invention relates to a DC_DC control method for auxiliary converter system of tramcar, which comprises the following steps: collecting output voltage Umeas, judging the hysteresis of output voltage Umeas, judging whether the output voltage Umeas is greater than the set threshold value of overvoltage hysteresis Uover_h, and judging whether the output voltage Umeas is greater than the threshold value of overvoltage hysteresis Uov_h. If the output voltage Umeas is less than the threshold value Uover_l under the set overvoltage hysteresis, enter the normal processing mode, judge whether the output voltage Umeas is less than the threshold value Uless_l under the set undervoltage hysteresis, and if the output voltage Umeas is less than the lower threshold value Uless_l under the undervoltage hysteresis, enter the undervoltage processing mode. The output voltage Umeas is larger than the set of under voltage hysteresis threshold Uless_h, and enters the normal mode of operation. The invention discriminates the over-voltage mode and under-voltage mode, does not change the original hardware design, does not add additional control loops, only needs to adjust control parameters and distinguish different modes, and can meet the requirements of dynamic response speed, and realizes the accurate control of the output AC voltage.

【技术实现步骤摘要】
用于有轨电车辅助变流系统的DC-DC控制方法
本专利技术属于轨道车辆变流控制
，涉及有轨电车变流控制技术，具体地说，涉及一种用于有轨电车辅助变流系统的DC-DC控制方法。
技术介绍
现代有轨电车作为一种中等运能、设计新颖、环境友好、资源节约的交通工具，目前已在国内外成熟应用。辅助变流系统的作用是将不同类型的电能转化为三相交流电能，以供列车中压交流负载。现代有轨电车中压交流负载种类繁多且结构复杂，最主要负载形式为泵类负载，包括空调、气泵和压缩机等。考虑泵类负载启动及卸载时的冲击功率，对负载变流系统输出电压波形质量和系统稳定性提出了更高的要求。现代有轨电车辅助变流系统主电路拓扑主要包括两种形式：第一种为常见的DC-AC+工频变压器拓扑结构，该结构利用工频变压器的电磁隔离特性即升降压特性，具有应用简单、稳定可靠等优点，但存在体积大、重量重、难于维护及噪音大等缺点。第二种拓扑结构为DC-DC+DC-AC结构，参见图1，DC-DC结构采用高频变压器进行一二次侧隔离，具有体积小、重量轻及噪音小等优点，但是引入DC-DC中间环节，在车辆泵类负载启动及卸载的过程中，要求中间DC-DC环节具有快速响应能力，以维持交流输出电压在合理范围内波动。因此迫切需要一种可靠且具有快速响应能力的DC-DC控制方法。DC-DC控制部分常采用比例积分微分(简称PID)控制算法，将期望输出值(即目标电压)Ucmd作为给定值，电压传感器检测到的输出电压电压值作为测量值Umeas，二者的差值Uerr送入PID控制器。针对直流系统，虽然常规的PID控制可以实现无静差跟踪，但在泵类负载启动和卸载的瞬间，难以实现快速跟踪，输出值需要较长时间达到稳态，继而影响输出交流电压质量。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述问题，提供了一种动态响应速度块、控制精确的用于有轨电车辅助变流系统的DC-DC控制方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种用于有轨电车辅助变流系统的DC-DC控制方法，含有以下步骤:采集输出电压Umeas，对输出电压Umeas进行迟滞判断；判断输出电压Umeas是否大于设定的过压迟滞上门限值Uover_h；若输出电压Umeas大于过压迟滞上门限值Uover_h，进入过压处理模式；若输出电压Umeas小于设定的过压迟滞下门限值Uover_l，进入正常处理模式；判断输出电压Umeas是否小于设定的欠压迟滞下门限值Uless_l；若输出电压Umeas小于欠压迟滞下门限值Uless_l，进入欠压处理模式；若输出电压Umeas大于设定的欠压迟滞上门限值Uless_h，进入正常处理模式。优选的，所述过压处理模式为：对辅助变流系统DC-DC环节PWM模块封锁脉冲，同时对PID控制器的输出结果和积分项结果做清零处理，待输出电压Umeas小于过压迟滞下门限值Uover_l时，进入正常处理模式。优选的，所述欠压处理模式包括一次欠压处理模式，所述一次欠压处理模式为：增大比例系数Kp至Kpmax1、积分系数Ki至Kimax，并在输出电压Umeas第一次恢复到正常处理模式后，锁定PID控制器的输出结果值，同时将PID控制器的输出结果值赋予积分项结果，PID控制器系数复位至比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd。进一步的，所述欠压处理模式还包括二次欠压处理模式，经过一次欠压处理模式调整后，若输出电压Umeas再次降低且低于二次欠压迟滞下门限值U0，进入二次欠压处理模式。优选的，所述二次欠压处理模式为：增大比例系数Kp至Kpmax2，Kpmax2小于Kpmax1，不需要锁定PID控制器的输出结果值，待输出电压Umeas大于设定的欠压迟滞上门限值Uless_h后，PID控制器系数复位至比例系数Kp。进一步的，所述欠压处理模式进行计数处理，待欠压处理次数超过一定限度N时，以正常处理模式运行，其中3≤N≤5。进一步的，对PID控制器的输出结果和积分项的输出结果做限幅处理。优选的，所述正常处理模式为:通过PID控制器进行常规的PID控制。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：(1)本专利技术提供的控制方法，在控制策略上，未增加额外的控制环路，只需调整PID控制器的控制参数，对欠压模式和过压模式加以区分处理即可满足相应速度的要求，数字化应用且易于实现。(2)本专利技术提供的控制方法，基于DC-DC+DC-AC拓扑结构，在现有传统的PID控制方法的基础上，对过过压模式和欠压模式进行甄别，同时引入迟滞比较环节、比例节分系数调节环节、积分值给定环节、二次欠压处理环节，在原有硬件设计不变的基础上，提高了DC-DC控制单元的动态响应速度，输出电压调整时间基本在10ms左右即可达到稳态，电压跌落小于30V，实现了对输出交流电压的精确控制。(3)本专利技术提供的控制方法，针对有轨电车辅助变流系统，DC-DC+DC-AC拓扑结构相对工频变压器拓扑结构，在体积、重量、噪音方面具有显著优势，本专利技术基于DC-DC+DC-AC拓扑结构，在应用领域上具有一定的先进性。附图说明图1为本专利技术现有有轨电车辅助变流系统DC-DC+DC-AC拓扑结构简图。图2为本专利技术用于有轨电车辅助变流系统的DC-DC控制方法的流程框图。图3为本专利技术用于有轨电车辅助变流系统的DC-DC控制方法的控制环路图。图4为本专利技术用于有轨电车辅助变流系统的DC-DC控制方法的迟滞判断处理过程图。具体实施方式下面，通过示例性的实施方式对本专利技术进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。图1所示为主电路采用DC-DC+DC-AC拓扑结构的现代有轨电车辅助变流系统，在泵类负载启动或卸载的瞬间，由于DC-DC控制单元调整不及时，会出现DC-DC输出电压拉低或拉高的现象。针对上述现代有轨电车辅助变流系统，参见图2、图3，本专利技术揭示了一种用于有轨电车辅助变流系统的DC-DC控制方法，含有以下步骤:S1、采集输出电压Umeas，对输出电压Umeas进行迟滞判断；S2、判断输出电压Umeas是否大于设定的过压迟滞上门限值Uover_h；若输出电压Umeas大于过压迟滞上门限值Uover_h，进入过压处理模式，；若输出电压Umeas小于设定的过压迟滞下门限值Uover_l，进入正常处理模式；S3、判断输出电压Umeas是否小于设定的欠压迟滞下门限值Uless_l；若输出电压Umeas小于欠压迟滞下门限值Uless_l，进入欠压处理模式；若输出电压Umeas大于设定的欠压迟滞上门限值Uless_h，进入正常处理模式。上述步骤S2中，所述过压处理模式为：对辅助变流系统DC-DC环节PWM模块封锁脉冲，同时对PID控制器的输出结果和积分项结果做清零处理，待输出电压Umeas小于过压迟滞下门限值Uover_l时，进入正常处理模式上述步骤S2、S3中，所述正常处理模式为:通过PID控制器进行常规的PID控制。上述步骤S3中，所述欠压处理模式包括一次欠压处理模式，所述一次欠压处理模式为：增大比例系数Kp至Kpmax1、积分系数Ki至Kimax，并在输出电压Umeas第一次恢复到正常处理模式后，锁定PID控制器的输出结果值，同时将PID控制器的输出结果值赋予积分项结果，PID控制器系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于有轨电车辅助变流系统的DC‑DC控制方法，其特征在于，含有以下步骤：采集输出电压Umeas，对输出电压Umeas进行迟滞判断；判断输出电压Umeas是否大于设定的过压迟滞上门限值Uover_h；若输出电压Umeas大于过压迟滞上门限值Uover_h，进入过压处理模式；若输出电压Umeas小于设定的过压迟滞下门限值Uover_l，进入正常处理模式；判断输出电压Umeas是否小于设定的欠压迟滞下门限值Uless_l；若输出电压Umeas小于欠压迟滞下门限值Uless_l，进入欠压处理模式；若输出电压Umeas大于设定的欠压迟滞上门限值Uless_h，进入正常处理模式。

【技术特征摘要】
1.一种用于有轨电车辅助变流系统的DC-DC控制方法，其特征在于，含有以下步骤：采集输出电压Umeas，对输出电压Umeas进行迟滞判断；判断输出电压Umeas是否大于设定的过压迟滞上门限值Uover_h；若输出电压Umeas大于过压迟滞上门限值Uover_h，进入过压处理模式；若输出电压Umeas小于设定的过压迟滞下门限值Uover_l，进入正常处理模式；判断输出电压Umeas是否小于设定的欠压迟滞下门限值Uless_l；若输出电压Umeas小于欠压迟滞下门限值Uless_l，进入欠压处理模式；若输出电压Umeas大于设定的欠压迟滞上门限值Uless_h，进入正常处理模式。2.如权利要求1所述的用于有轨电车辅助变流系统的DC-DC控制方法，其特征在于，所述过压处理模式为：对辅助变流系统DC-DC环节PWM模块封锁脉冲，同时对PID控制器的输出结果和积分项结果做清零处理，待输出电压Umeas小于过压迟滞下门限值Uover_l时，进入正常处理模式。3.如权利要求1或2所述的用于有轨电车辅助变流系统的DC-DC控制方法，其特征在于，所述欠压处理模式包括一次欠压处理模式，所述一次欠压处理模式为：增大比例系数Kp至Kpmax1、积分系数Ki至Kimax，并在输出电压Umeas第一次恢复到正常处理模式后，锁定PI...

【专利技术属性】
技术研发人员：李骄松，王子超，夏猛，毕京斌，马法运，田以涛，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37