抑制牵引变流器直流母线电压振荡的方法、装置及牵引系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种抑制牵引变流器直流母线电压振荡的方法、装置及牵引系统，方法包括：获取母线电压的振荡分量并输入相位超前环节，获得电流前馈控制补偿量；计算电机给定电流矢量的转矩分量和电流前馈控制补偿量之和，获得修正后的电机给定电流矢量的转矩分量；根据修正后的电机给定电流矢量和电机实际电流矢量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量；根据电机电压矢量进行脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)，获得牵引变流器的驱动信号，使所述牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为所述电机提供电压。本发明专利技术能够在满足电机控制性能的基础上，有效抑制牵引变流器母线电压振荡，使牵引变流器运行更加稳定，提高牵引系统可靠性。

Method, device and traction system for suppressing DC bus voltage oscillation of traction converter

The present invention provides a method and a device, inhibition of traction converter DC bus voltage oscillation of the traction system, and input method includes: oscillatory phase advance link to obtain the bus voltage, current feedforward compensation; and torque and current feedforward compensation control the amount of calculation of the motor current vector given, torque motor was given the current vector corrected; according to the revised given motor current vector and the actual motor current vector, the vector control algorithm of motor voltage vector; pulse width modulation according to the motor voltage vector (Pulse Width Modulation, referred to as PWM), get the driving signal of traction converter, the traction converter in the drive signal for the motor supply voltage. The invention can effectively suppress the bus voltage oscillation of the traction converter on the basis of satisfying the motor control performance, make the traction converter run more stably, and improve the reliability of the traction system.

【技术实现步骤摘要】
抑制牵引变流器直流母线电压振荡的方法、装置及牵引系统
本专利技术涉及轨道交通领域，尤其涉及一种抑制牵引变流器直流母线电压振荡的方法、装置及牵引系统。
技术介绍
牵引系统是地铁和轻轨车辆中的核心，该系统主要由LC滤波单元、牵引变流器、电机三大部分以及其他电气部件共同构成。牵引变流器从外部接触网或者接触轨获得能量，经过LC滤波单元得到稳定的直流母线电压，通过逆变或整流输出相应的变频变压交流电，使电机工作在牵引状态或者电制动状态。当系统内的LC谐振滤波器参数不匹配、电机控制算法参数改变时，均有可能引起牵引变流器前端母线电压的振荡，进而会导致电机输出转矩的异常波动，影响列车的舒适度；严重时牵引变流器会因过压、欠压、过流等而停机保护；甚至导致供电所跳闸，区间停电，影响线路运营。目前，异步感应电机与永磁同步电机相比依然存在成本低、故障率低、维护方便等优势，因此在轨道交通中所占比重很大。近些年，异步电机控制由早期动态性能较差的标量(V/F)控制逐步发展到直接转矩控制(DTC)和矢量控制(FOC)。对比传统的标量控制，采用矢量控制，电机的动态响应及对转矩的控制精度更高，可以直接提高列车整体的性能及舒适度。实际运用中，采用矢量控制的电机控制策略时，母线电压振荡的情况更为明显。因此，为了更好地运用矢量控制策略，必须要有效地抑制住母线电压振荡的发生。现有技术主要是通过斩波电路来抑制母线电压振荡，该方法通过在控制程序中将实际母线电压与预设的母线电压限值进行比较，当实际母线电压超过限值后，将差值送入比例积分(PI)调节器得到斩波占空比，然后开启斩波电路抑制母线电压振荡的发散，并通过制动电阻释放一部分能量；若低于限值，则初始化相关变量，不使能斩波电路。由于母线电压的振荡会发生在特定转速区间，若当车辆长时间在该转速区间内工作在牵引状态，斩波电路需较长时间工作以抑制母线电压振荡的发散，同时需要通过制动电阻消耗大量的能量，而制动电阻消耗能量的方式是将这些能量转变为热量，最终会导致制动电阻过热，严重时会引起牵引变流器停机甚至烧损制动电阻。因此，虽然斩波方式可以抑制母线电压振荡的发散，但是并不能从根本上抑制母线电压振荡的发生，只能将母线电压维持不超过限值。由于电机控制性能受母线电压影响较大，母线电压不稳会导致电机转矩波动，引起车辆抖动等问题。现有技术还有一种方法是根据母线电压修正电机转矩给定来解决母线电压不稳导致电机转矩波动，进而引起车辆抖动的问题。根据母线电压瞬时值修正电机转矩给定，如式(1)所示。其中udc为母线电压瞬时值，Ud0为母线电压滤波值，ρ为调节系数，Tref为电机转矩给定，为电机实际转矩。该方法是基于能够实时修正电机转矩给定来解决电机转矩波动引起的车辆抖动问题，但是若电机实际转矩和转矩给定存在延时，则无法实现实时修正电机转矩给定，导致系统振荡逐步发散，进而影响电机转矩平稳输出以及牵引系统稳定。
技术实现思路
本专利技术提供一种抑制牵引变流器直流母线电压振荡的方法、装置及牵引系统，用于解决现有技术中无法有效抑制牵引变流器母线电压振荡的问题。本专利技术的第一个方面是提供一种抑制牵引变流器母线电压振荡的方法，包括：获取母线电压的振荡分量；将所述母线电压的振荡分量作为相位超前环节的输入，获得所述相位超前环节输出的电流前馈控制补偿量；通过计算电机给定电流矢量的转矩分量和所述电流前馈控制补偿量之和，对所述电机给定电流矢量的转矩分量进行修正，获得修正后的电机给定电流矢量的转矩分量；根据修正后的电机给定电流矢量的转矩分量、电机给定电流矢量的励磁分量和电机实际电流矢量的转矩分量和励磁分量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量；根据所述电机电压矢量，通过进行脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，简称PWM)，获得牵引变流器的驱动信号；利用所述驱动信号驱动所述牵引变流器，以使所述牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为所述电机提供电压。本专利技术的第二个方面是提供一种抑制牵引变流器母线电压振荡的装置，包括：振荡模块，用于获取母线电压的振荡分量；相位超前环节，用于将所述振荡模块获得的母线电压的振荡分量作为自身的输入，输出电流前馈控制补偿量；修正模块，用于通过计算电机给定电流矢量的转矩分量和所述相位超前环节输出的电流前馈控制补偿量之和，对所述电机给定电流矢量的转矩分量进行修正，获得修正后的电机给定电流矢量的转矩分量；矢量控制模块，用于根据所述修正模块获得的修正后的电机给定电流矢量的转矩分量、电机给定电流矢量的励磁分量和电机实际电流矢量的转矩分量和励磁分量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量；调制模块，用于根据所述矢量控制模块获得的电机电压矢量，通过进行PWM调制，获得牵引变流器的驱动信号；驱动模块，用于根据所述调制模块获得的驱动信号驱动所述牵引变流器，以使所述牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为所述电机提供电压。本专利技术的第三个方面是提供一种牵引系统，包括：上述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置、牵引变流器和电机；所述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置的输入端和所述牵引变流器的输入端与接触网连接，所述接触网用于提供所述牵引变流器母线电压；所述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置的输出端和所述牵引变流器的输入端连接，所述牵引变流器的输出端和所述电机的输入端连接，所述电机的输出端和所述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置的输入端连接。本专利技术提供的抑制牵引变流器直流母线电压振荡的方法、装置及牵引系统，通过获得母线电压的振荡分量并输入相位超前环节，获得电流前馈控制补偿量；计算电机给定电流矢量的转矩分量和电流前馈控制补偿量之和，获得修正后的电机给定电流矢量的转矩分量；根据修正后的电机给定电流矢量和电机实际电流矢量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量；根据电机电压矢量进行PWM调制，获得牵引变流器的驱动信号，使所述牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为所述电机提供电压。本专利技术能够在满足电机控制性能的基础上，有效抑制牵引变流器母线电压振荡，使牵引变流器运行更加稳定，提高牵引系统可靠性。附图说明图1为本专利技术实施例一提供的抑制牵引变流器母线电压振荡的方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例二提供的抑制牵引变流器母线电压振荡的装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例二提供的抑制牵引变流器母线电压振荡的装置的控制系统框图；图4为本专利技术实施例三提供的牵引系统的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例一提供的抑制牵引变流器母线电压振荡的方法的流程示意图。在本实施例中，所述抑制牵引变流器母线电压振荡的方法的执行主体可以是一个独立的抑制牵引变流器母线电压振荡的装置，也可以是数字信号处理器(DigitalSignalProcessing，简称DSP)，本专利技术在此并不对其进行限制。如图1所示，所述方法包括如下步骤：11、获取母线电压的振荡分量。具体的，可以通过对牵引变流器母线电压进行带通滤波，获得所述母线电压的振荡分量；或者，对牵引变流器母线电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制牵引变流器母线电压振荡的方法，其特征在于，包括：获取母线电压的振荡分量；将所述母线电压的振荡分量作为相位超前环节的输入，获得所述相位超前环节输出的电流前馈控制补偿量；通过计算电机给定电流矢量的转矩分量和所述电流前馈控制补偿量之和，对所述电机给定电流矢量的转矩分量进行修正，获得修正后的电机给定电流矢量的转矩分量；根据修正后的电机给定电流矢量的转矩分量、电机给定电流矢量的励磁分量和电机实际电流矢量的转矩分量和励磁分量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量；根据所述电机电压矢量，通过进行脉冲宽度PWM调制，获得牵引变流器的驱动信号；利用所述驱动信号驱动所述牵引变流器，以使所述牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为所述电机提供电压。

【技术特征摘要】
1.一种抑制牵引变流器母线电压振荡的方法，其特征在于，包括：获取母线电压的振荡分量；将所述母线电压的振荡分量作为相位超前环节的输入，获得所述相位超前环节输出的电流前馈控制补偿量；通过计算电机给定电流矢量的转矩分量和所述电流前馈控制补偿量之和，对所述电机给定电流矢量的转矩分量进行修正，获得修正后的电机给定电流矢量的转矩分量；根据修正后的电机给定电流矢量的转矩分量、电机给定电流矢量的励磁分量和电机实际电流矢量的转矩分量和励磁分量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量；根据所述电机电压矢量，通过进行脉冲宽度PWM调制，获得牵引变流器的驱动信号；利用所述驱动信号驱动所述牵引变流器，以使所述牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为所述电机提供电压。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取母线电压的振荡分量，包括：通过对牵引变流器母线电压进行带通滤波，获得所述母线电压的振荡分量；或者，对牵引变流器母线电压进行低通滤波，并计算低通滤波前后的牵引变流器母线电压之差，获得所述母线电压的振荡分量。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述母线电压的振荡分量作为相位超前环节的输入，获得所述相位超前环节输出的电流前馈控制补偿量，包括：将所述母线电压的振荡分量作为所述相位超前环节的输入，传输给所述相位超前环节；根据所述相位超前环节的传递函数，对所述振荡分量进行计算处理，获得输出的所述电流前馈控制补偿量，所述相位超前环节的传递函数为：其中，其中，isqc(s)为牵引变流器的电流前馈控制补偿量，s为复频率，K为母线电压振荡抑制系数，Tref为电机给定转矩，np为电机极对数，ΨRref为电机给定磁链，Ud0为滤波后的母线电压值，ψm为电流前馈控制补偿量所需的超前相位，ωm为母线电压振荡角频率，uerr(s)为母线电压的振荡分量。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：实时检测电机的实际转矩的波动是否在预设的允许范围内，若未在允许范围内，则调整K、ψm和ωm中任一或多个参数的取值。5.一种抑制牵引变流器母线电压振荡的装置，其特征在于，包括：振荡模块，用于获取母线电压的振荡分量；相位超前环节，用于将所述振荡模块获得的母线电压的振荡分量作为自身的输入，输出电流前馈控制补偿量；修正模块，用于通过计算电机给定电流矢量的转矩分量和所述相位超前环节输出的电流前馈控制补偿量之和，对所述电机给定电流矢量的转矩分量进行修正，获得修正后的电机给定电流矢量的转矩分量；矢量控制模块，用于根据所述修正模块获得的修...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲诗健，姜涛，孙佳伟，宫永辰，
申请(专利权)人：中车大连电力牵引研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21