用于轨道交通辅助逆变器的一种新型控制系统及方法技术方案

用于轨道交通辅助逆变器的一种新型控制系统及方法，该系统包括输出电压瞬时值反馈模块、滤波电容电压前馈模块和二极管前母线电压微分前馈模块；其控制方法为：1、通过输出电压瞬时值反馈模块控制输出电压有效值稳定；2、通过滤波电容电压前馈模块抑制母线电压波动对输出电压造成的影响；3、通过二极管前母线电压微分前馈模块提高滤波电容电压前馈模块的动态响应速度；4、将输出电压瞬时值反馈模块、滤波电容电压前馈模块和二极管前母线电压微分前馈模块分别输出的反馈调制比ao、前馈调制比adc和微分前馈调制比ad求和得到总调制比；本发明专利技术基于多重复合微分前馈，以提高辅助逆变器抗母线电压变化的能力，保证辅助逆变器输出电压稳定、可靠。

【技术实现步骤摘要】
用于轨道交通辅助逆变器的一种新型控制系统的控制方法
本专利技术涉及辅助逆变器控制
，具体提出一种用于轨道交通辅助逆变器的一种新型控制系统及方法。
技术介绍
轨道交通辅助逆变器是地铁、动车、客车等车辆的主要的供电电源，通过该装置，可将直流母线电压逆变成380V/50Hz的三相交流电，实现给车辆辅助系统负载(空调、冷却风机、空气压缩机等)供电。辅助逆变器控制系统作为辅助逆变器的核心，对辅助逆变器的性能及可靠性起着重要的作用。随着信息技术的不断发展，高性能、高可靠性辅助逆变器的研究成为了当前电气传动领域关注的焦点之一。轨道交通辅助逆变器在实际运行中，由于铁路配电网的波动较大，存在着直流母线电压突然跌落、突然抬高或周期性波动等母线电压变化的情况，使得辅助逆变器的性能往往不能满足系统要求。因此设计一种新型的控制方法，使其能快速响应母线电压变化，从而抑制母线电压变化对输出电压造成的影响，这对提高辅助逆变器的性能与可靠性具有重要意义。
技术实现思路
为了抑制母线电压变化对输出电压造成的影响，本专利技术的目的在于提供一种用于轨道交通辅助逆变器的一种新型控制系统及方法，基于多重复合微分前馈，以提高辅助逆变器抗母线电压变化的能力，保证辅助逆变器输出电压稳定、可靠。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：用于轨道交通辅助逆变器的一种新型控制系统，包括输出电压瞬时值反馈模块、滤波电容电压前馈模块和二极管前母线电压微分前馈模块；所述输出电压瞬时值反馈模块控制输出电压有效值稳定；滤波电容电压前馈模块及时响应母线电压变化引起的输出电压变化；二极管前母线电压微分前馈模块采用母线电压做微分前馈来弥补滤波电容电压前馈模块的不足。上述所述用于轨道交通辅助逆变器的一种新型控制系统的控制方法，包括如下步骤：步骤1：通过输出电压瞬时值反馈模块控制输出电压有效值稳定：首先，以任意2路辅助逆变器输出线电压作为输出电压瞬时值反馈模块的输入信号，将输入信号经Park变换和幅值计算，得到的数值反映输出线电压有效值，计算公式如式(1)和式(2)所示；其中，va和vb是两路辅助逆变器输出线电压；vα和vβ是三相输出线电压在两相静止坐标系中的分量；vm是输出线电压平均有效值；然后，将得到的输出线电压有效值vm与给定输出线电压有效值vref作比较，即ve＝vref-vm，其中ve为误差电压；最后，将误差电压ve经分段PID调节得到反馈调制比ao，分段PID即根据误差电压ve的大小，使用不同的PI参数：当ve大于设定比较电压vthr时，使用P较大的PI参数；当ve小于设定比较电压vthr时，使用P较小的PI参数，使用分段PID能够提高系统的反馈动态响应速度；输出电压瞬时值反馈模块通过反馈调制比ao能够快速调节输出电压有效值，使其跟上给定输出线电压有效值vref，得到稳定的输出电压有效值；步骤2：通过滤波电容电压前馈模块抑制母线电压波动对输出电压造成的影响：若直接将滤波电容电压Vcap作为前馈输入，由于母线电压的快速频繁波动及负载变化，极易使得辅助逆变器的输出出现震荡，同时会造成母线电压的波动；为此首先使滤波电容电压Vcap经过直流滤波，得到前馈运算输入电压V′cap，然后将前馈运算输入电压V′cap经公式(3)计算得前馈调制比adc；adc＝kdc/V′cap(3)其中，kdc为前馈系数，其计算公式如式(4)所示。其中，Vab是辅助逆变器输出a、b相间线电压有效值；滤波电容电压前馈模块通过前馈调制比adc调节输出电压，使输出电压不受母线电压波动影响：当母线电压升高时，前馈调制比adc减小；当母线电压降低时，前馈调制比adc增加，从而使输出电压保持恒定；步骤3：通过二极管前母线电压微分前馈模块提高滤波电容电压前馈模块的动态响应速度：首先取二极管前母线电压Vdc与前馈运算输入电压V′cap作差，并对差值作微分运算，即((V′cap-Vdc)/T＝Vd，其中T为采样周期；Vd是微分前馈运算输入信号；然后，将微分前馈运算输入信号Vd经公式(5)计算得到微分前馈调制比ad；ad＝Vd/kdc_d(5)其中，kdc_d为微分前馈系数；假设二极管前母线电压波动范围为(Vmin,Vmax)，对应的前馈调制比范围为(adc_min,adc_max)，在母线电压波动范围内将母线电压变化与前馈调制比变化之间的关系线性化，由此，计算得微分前馈系数，计算公式如公式(6)所示；二极管前母线电压微分前馈模块通过微分前馈调制比ad补偿滤波电容电压前馈模块由于滤波算法造成的动态响应时延，从而提高前馈动态响应速度；步骤4：将输出电压瞬时值反馈模块、滤波电容电压前馈模块和二极管前母线电压微分前馈模块分别输出的反馈调制比ao、前馈调制比adc和微分前馈调制比ad求和得到总调制比a，总调制比a经过限幅，输入给SPWM波发生器，生成6路控制逆变桥IGBT通断的PWM波。和现有相比较，本专利技术具有如下优点：1)由于滤波电容电压前馈模块和二极管前母线电压微分前馈模块可以快速而有效地抑制母线电压波动对输出电压造成的影响，因此，系统抗母线电压变化的能力明显增强，提高了辅助逆变器的性能与可靠性；2)由于输出电压瞬时值反馈模块可以快速调节输出电压有效值跟随给定输出线电压有效值，以及该模块中分段PID可以提高系统的反馈动态响应速度，因此，辅助逆变器输出电压的正弦波形稳定、谐波含量低、抗扰动能力强、动态响应快；3)所提辅助逆变器控制系统及方法简单，易于在线实现。附图说明图1为地铁辅助逆变器的主电路。图2为基于多重复合微分前馈的地铁辅助逆变器控制系统框图。图3为输出电压瞬时值反馈模块原理框图。图4为分段PID原理框图图5为滤波电容电压前馈模块原理框图。图6为二极管前母线电压微分前馈模块原理框图。图7为地铁辅助逆变器的Matlab/Simulink仿真模型。图8为辅助逆变器三相输出线电压波形。图9为一相输出线电压有效值波形。图10为辅助逆变器三相输出相电流波形。图11为一相输出相电流有效值波形。图12为辅助逆变器一相输出线电压波形的FFT谐波分析结果。图13为未加微分前馈时辅助逆变器在直流母线电压波动时的动态响应波形。图14为加入微分前馈时辅助逆变器在直流母线电压波动时的动态响应波形。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术用于轨道交通辅助逆变器的一种新型控制系统，包括输出电压瞬时值反馈模块、滤波电容电压前馈模块和二极管前母线电压微分前馈模块；所述输出电压瞬时值反馈模块控制输出电压有效值稳定；其反馈的响应速度比输出电压有效值反馈快，且具有更好的稳态性能。滤波电容电压前馈模块及时响应母线电压变化引起的输出电压变化；但由于滤波电容电压前馈中使用了直流滤波算法，这使得电压前馈控制不能及时反映直流母线的电压变化趋势，不能对母线电压的大范围剧烈波动起到很好的抑制效果，为此又引入二极管前母线电压微分前馈，二极管前母线电压微分前馈模块采用母线电压做微分前馈来弥补滤波电容电压前馈模块的不足。地铁辅助逆变器的母线端设置有一个反向阻断二极管，其导致滤波电容电压和真实进线母线电压有所不同，因此采用二极管前母线电压微分前馈可有效提高辅助逆变器响应母线电压变化的速度，以保证辅助逆变器输出电压的稳定性。下面以一200本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于轨道交通辅助逆变器的一种新型控制系统，其特征在于：包括输出电压瞬时值反馈模块、滤波电容电压前馈模块和二极管前母线电压微分前馈模块；所述输出电压瞬时值反馈模块控制输出电压有效值稳定；滤波电容电压前馈模块及时响应母线电压变化引起的输出电压变化；二极管前母线电压微分前馈模块采用母线电压做微分前馈来弥补滤波电容电压前馈模块的不足。

【技术特征摘要】
1.用于轨道交通辅助逆变器的一种新型控制系统的控制方法，所述控制系统包括输出电压瞬时值反馈模块、滤波电容电压前馈模块和二极管前母线电压微分前馈模块；所述输出电压瞬时值反馈模块控制输出电压有效值稳定；滤波电容电压前馈模块及时响应母线电压变化引起的输出电压变化；二极管前母线电压微分前馈模块采用母线电压做微分前馈来弥补滤波电容电压前馈模块的不足；其特征在于：所述控制方法包括如下步骤：步骤1：通过输出电压瞬时值反馈模块控制输出电压有效值稳定：首先，以任意2路辅助逆变器输出线电压作为输出电压瞬时值反馈模块的输入信号，将输入信号经Park变换和幅值计算，得到的数值反映输出线电压有效值，计算公式如式(1)和式(2)所示；其中，va和vb是两路辅助逆变器输出线电压；vα和vβ是三相输出线电压在两相静止坐标系中的分量；vm是输出线电压平均有效值；然后，将得到的输出线电压有效值vm与给定输出线电压有效值vref作比较，即ve＝vref-vm，其中ve为误差电压；最后，将误差电压ve经分段PID调节得到反馈调制比ao，分段PID即根据误差电压ve的大小，使用不同的PI参数：当ve大于设定比较电压vthr时，使用P较大的PI参数；当ve小于设定比较电压vthr时，使用P较小的PI参数，使用分段PID能够提高系统的反馈动态响应速度；输出电压瞬时值反馈模块通过反馈调制比ao能够快速调节输出电压有效值，使其跟上给定输出线电压有效值vref，得到稳定的输出电压有效值；步骤2：通过滤波电容电压前馈模块抑制母线电压波动对输出电压造成的影响：若直接将滤波电容电压Vcap作为前馈输入，由于母线电压的快速频繁波动及负载变化，极易使得辅助逆变器的输出出现震荡，同时会造成母线电压的波动...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈传文，惠浩浩，徐益飞，刘霄辰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61