一种基于两步预测电流控制器的动车组整流器的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于两步预测电流控制器的动车组整流器的控制方法，包括以下步骤：A、构建动车组网整流器的电流预测模型；B、构建α‑β静态正交坐标系下电流预测模型；C、根据步骤A和步骤B中的电流预测模型，进行两步预测延时补偿，得到两步预测后的电流矢量；D、根据步骤C中得到的电流矢量，得到d‑q旋转坐标系下电流的两步预测值；E、采用品质函数对步骤D中得到的电流的两步预测值进行计算，得到品质函数值，选取其中的最小值，获得最小品质函数值对应的控制电压向量，在下一采样周期直接输出相应控制脉冲；本发明专利技术控制的快速动态响应特性和谐波抑制效果高，总谐波失真小、电流畸变小、动态响应速度快。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种动车组整流器的控制方法，具体涉及一种基于两步预测电流控制器的动车组整流器的控制方法。
技术介绍
随着电气化铁路的迅速发展，“高速”和“重载”等的需求对电力机车提出了越来越严苛的要求；新型“交-直-交”电力机车由于其具有功率因数高、功率大、牵引力大等优势，在电气化铁路中得到了广泛应用；传统的“交-直-交”机车的网侧整流器控制方法主要分为两类，间接电流控制和直流电流控制；间接电流控制以“相幅控制”为代表，直接电流控制包括滞环电流控制、预测电流控制和瞬态电流控制等；瞬态直接电流控制是目前电力机车和高速动车组采用较多的控制策略；为了改善机车线侧脉冲整流器的控制性能，何立群等提出了一个用于机车四象限变流器的间接电流控制方法，但该方法比较适合于低频应用；宋可荐等针对三电平中点钳位变流器，提出了一个综合外环多陷波滤波器和内环调谐准PR控制器的机车变流器控制方法，可以抑制固定阶次的谐波，但抑制频段是离散的，作用局限；马俊鹏等提出用于单相三电平脉冲整流器的模型预测直接功率控制方法，但控制对象也是三电平整流器；Vojtěch Blahník等结合了前馈控制、低频谐波补偿、PR控制器的控制策略，可以补偿固定阶次的谐波，但也有着同前一个方法类似的局限性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种具有较快动态响应特性和谐波抑制效果的基于两步预测电流控制器的动车组整流器的控制方法。本专利技术采用的技术方案是：一种基于两步预测电流控制器的动车组整流器的控制方法，包括以下步骤：A、构建动车组网整流器的电流预测模型；B、构建α-β静态正交坐标系下电流预测模型；C、根据步骤A和步骤B中的电流预测模型，进行两步预测延时补偿，得到两步预测后的电流矢量；D、根据步骤C中得到的电流矢量，得到d-q旋转坐标系下电流的两步预测值；E、采用品质函数对步骤D中得到的电流的两步预测值进行计算，得到品质函数值，选取其中的最小值，获得最小品质函数值对应的控制电压向量，在下一采样周期直接输出相应控制脉冲。一种基于两步预测电流控制器的动车组整流器的控制方法，包括以下步骤：A、构建动车组网整流器的电流预测模型；电流动态特性方程为：对电流求导近似：得到离散化电流预测模型：式中：Lδ为车载变压器等效漏感，Rδ为车载变压器等效漏电阻，uN为车载变压器副边电压，iN为整流器交流侧电流，uab为整流器输入电压，t为时间变量，Ts为采样周期，k为对应时间t的离散量，uN(k)、uab(k)和iN(k)分别为uN、uab和iN的当前时刻离散化变量，iN(k+1)为一步预测电流值；B、构建α-β静态正交坐标系下电流预测模型；构造测量的整流器交流侧电压uN和电流iN延时四分之一周期的虚拟正交量，实现α-β变换：相应的电压和电流矢量为：式中：uNα(k)为uN(k)在α轴的分量，uNβ(k)为uN(k)在β轴的分量，iNα(k)为iN(k)在α轴的分量，iNβ(k)为iN(k)在β轴的分量；考虑所有门极信号的组合，获得相应α-β坐标系下的不同的电压向量uab；从而得到离散化电流预测模型在静态α-β坐标系下的向量表达式：C、根据步骤A和步骤B中的电流预测模型，进行两步预测延时补偿，得到两步预测后的电流矢量其中：通过步骤B计算获得，根据下式计算获得D、根据步骤C中得到的电流矢量，得到d-q旋转坐标系下电流的两步预测值；通过实部和虚部提取获电流矢量的α分量和β分量为：根据电流矢量，得到d-q旋转坐标系下电流的两步预测值：式中：ωk为k时刻的离散相位角度；E、采用品质函数对步骤D中得到的电流的两步预测值进行计算，得到品质函数值，选取其中的最小值，获得最小品质函数值对应的控制电压向量，在下一采样周期直接输出相应控制脉冲；其中品质函数g为：g＝|iNd*-iNd(k+2)|+|iNq*-iNq(k+2)|式中：iNd*为整流器交流侧电流d轴分量设置值，iNq*为整流器交流侧电流q轴分量设置值。进一步的，所述步骤D中的ωk通过锁相获得。进一步的，所述步骤A中电流动态特性方程动车组网整流器交流侧的基尔霍夫第二定律方程获得。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过构建在静态α-β坐标系下的电流预测模型对测量的电流值进行预测，并且经过变换或得d-p坐标系下的电流预测值，提高控制方法的动态响应特性；(2)本专利技术通过对测量的电流值的两步预测，补偿了控制方法计算过程产生的延时，改善了控制效果；(3)本专利技术采用品质函数，相对传统瞬态直接电流控制，实现了电流的解耦控制，省去 了电流内环PI控制器和调制器的设计，减少了硬件需求和设计复杂度。附图说明图1为本专利技术控制结构图。图2为本专利技术中整流器的等效电路图。图3为本专利技术中两步预测的结构示意图。图4为本专利技术d-p变换结构图。图5为本专利技术的仿真模型图。图6为本专利技术整流模式下iN和uN波形图。图7为本专利技术整流模式下iN波形傅里叶分析图。图8为本专利技术的逆变模式下iN和uN波形图。图9为本专利技术逆变模式下iN波形傅里叶分析图。图10为本专利技术在整流模式负荷发生变化时直流侧电压、交流侧电压和电流变化波形图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。如图1-4所示，一种基于两步预测电流控制器的动车组整流器的控制方法，包括以下步骤：A、构建动车组网整流器的电流预测模型；B、构建α-β静态正交坐标系下电流预测模型；C、根据步骤A和步骤B中的电流预测模型，进行两步预测延时补偿，得到两步预测后的电流矢量；D、根据步骤C中得到的电流矢量，得到d-q旋转坐标系下电流的两步预测值；E、采用品质函数对步骤D中得到的电流的两步预测值进行计算，得到品质函数值，选取其中的最小值，获得最小品质函数值对应的控制电压向量，在下一采样周期直接输出相应控制脉冲。一种基于两步预测电流控制器的动车组整流器的控制方法，包括以下步骤：A、构建动车组网整流器的电流预测模型；动车组网整流器采用的是四象限脉冲变流器，本专利技术中的控制方法针对的是两电平拓扑结构；受电弓由接触网取流，经过车载变压器降压后作为整流器的输入，整流器则将输入的单相交流电压变换成稳定的直流电压，并且保证交流侧电流和电压同相位；对动车组网整流器交流侧根据基尔霍夫第二定律方程(KVL)，得到电流动态特性方程为：对电流求导近似：得到离散化电流预测模型：式中：Lδ为车载变压器等效漏感，Rδ为车载变压器等效漏电阻，uN为车载变压器副边电压，iN为整流器交流侧电流，uab为整流器输入电压，t为时间变量，Ts为采样周期，k为对应时间t的离散量，uN(k)、uab(k)和iN(k)分别为uN、uab和iN的当前时刻离散化变量，iN(k+1)为一步预测电流值；B、构建α-β静态正交坐标系下电流预测模型；构造测量的整流器交流侧电压uN和电流iN延时四分之一周期的虚拟正交量，实现α-β变换：相应的电压和电流矢量为：式中：uNα(k)为uN(k)在α轴的分量，uNβ(k)为uN(k)在β轴的分量，iNα(k)为iN(k)在α轴的分量，iNβ(k)为iN(k)在β轴的分量；本专利技术中针对的是单相两电平电压源变流器，考虑所有门极信号的组合，能够获得四种开关状态组合以及相应α-β坐标系下的四个电压向量，由于其中两个电压向量均为零向量，因此得到三个不同的电压向量uab：从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于两步预测电流控制器的动车组整流器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：A、构建动车组网整流器的电流预测模型；B、构建α‑β静态正交坐标系下电流预测模型；C、根据步骤A和步骤B中的电流预测模型，进行两步预测延时补偿，得到两步预测后的电流矢量；D、根据步骤C中得到的电流矢量，得到d‑q旋转坐标系下电流的两步预测值；E、采用品质函数对步骤D中得到的电流的两步预测值进行计算，得到品质函数值，选取其中的最小值，获得最小品质函数值对应的控制电压向量，在下一采样周期直接输出相应控制脉冲。

【技术特征摘要】
1.一种基于两步预测电流控制器的动车组整流器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：A、构建动车组网整流器的电流预测模型；B、构建α-β静态正交坐标系下电流预测模型；C、根据步骤A和步骤B中的电流预测模型，进行两步预测延时补偿，得到两步预测后的电流矢量；D、根据步骤C中得到的电流矢量，得到d-q旋转坐标系下电流的两步预测值；E、采用品质函数对步骤D中得到的电流的两步预测值进行计算，得到品质函数值，选取其中的最小值，获得最小品质函数值对应的控制电压向量，在下一采样周期直接输出相应控制脉冲。2.一种基于两步预测电流控制器的动车组整流器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：A、构建动车组网整流器的电流预测模型；电流动态特性方程为： L δ di N d t = u N - u a b - R δ i N ]]>对电流求导近似： di N d t ≈ i N ( k + 1 ) - i N ( k ) T s ]]>得到离散化电流预测模型： i N ( k + 1 ) = T s L δ ( u N ( k ) - u a b ( k ) ) + ( 1 - T s R δ L δ ) i N ( k ) ]]>式中：Lδ为车载变压器等效漏感，Rδ为车载变压器等效漏电阻，uN为车载变压器副边电压，iN为整流器交流侧电流，uab为整流器输入电压，t为时间变量，Ts为采样周期，k为对应时间t的离散量，uN(k)、uab(k)和iN(k)分别为uN、uab和iN的当前时刻离散化变量，iN(k+1)为一步预测电流值；B、构建α-β静态正交坐标系下电流预测模型；构造测量的整流器交流侧电压uN和电流iN延时四分之一周期的虚拟正交量，实现α-β变换： u N α ( t ) = u N ( t ) u N β ( t ) = u N ( t - T / 4 ) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志刚，向川，张桂南，廖一橙，王亚绮，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51