大功率辅助变流器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及变流器，具体为一种大功率辅助变流器及其控制方法。解决大功率辅助变流器输出电压波动的问题。本发明专利技术通过提取中间直流母线电压的波动，用来修正三相逆变双闭环控制器的电流环设定值id

【技术实现步骤摘要】
大功率辅助变流器及其控制方法
本专利技术涉及变流器，具体为一种大功率辅助变流器及其控制方法。该大功率辅助变流器及其控制方法尤其适用于交流电传动电力机车。
技术介绍
近年来，随着铁路技术的不断发展，电力机车已成为铁道运输的主力车型，而电力机车辅助变流器的模块化、高功率已成为发展趋势，这就对辅助变流器的控制提出了更高的要求。特别是在辅助变流器输出功率增加后，整个辅助控制系统的稳定性会降低，甚至导致系统发散。大功率辅助变流器的主电路拓扑包含四大模块，晶闸管整流模块、直流母线滤波模块、逆变模块、输出滤波模块。通过晶闸管整流模块的晶闸管半控桥对输入交流1000V整流后，通过直流母线滤波模块的中间母线LC滤波后，得到中间直流750V电，然后经过逆变模块的三相辅助逆变器再经输出滤波模块的输出电感电容滤波后得到380V交流电。逆变器的控制策略使用在旋转坐标系下的电压电流双闭环控制。静止坐标系下的交流量变换到旋转坐标系下为直流量，可以利用PI控制器获得无静差输出。首先在旋转坐标系下对被控对象进行建模，然后在旋转坐标系下对模型设置控制器，控制器的输出再变换到静止坐标系下就可以得到调制波，进而控制开关管生成三相交流电。现有逆变器的控制器如图1所示，采用电压电流双闭环控制；外环包括两个PI调节器(比例积分调节器)，PI1和PI2，逆变器输出电压设定值ud*和逆变器输出电压采集值ud作为PI1的输入，逆变器输出电压设定值uq*和逆变器输出电压采集值uq作为PI2的输入；内环也包括两个PI调节器，PI3和PI4，逆变器输出电流设定值id*和逆变器输出电流采集值id作为PI3的输入，逆变器输出电流设定值iq*和逆变器输出电流采集值iq作为PI4的输入，其中，id*在受到ud、ud*控制的同时，还受到耦合ωCfuq的扰动，其中ω为输出角频率，Cf为输出滤波器的电容值。iq*在受到电uq、uq*控制的同时，还受到耦合ωCfud的扰动；电流内环控制量Vd、Vq作为控制器的输出用于产生控制逆变器的PWM脉冲信号，其中，Vd在受到电id*、id、ud控制的同时，还受到ωLmiq扰动的影响，Lm为低通滤波器的电感值，Vq在受到电iq*、iq、uq控制的同时，还受到ωLmid扰动的影响。由于晶闸管控制频率较低，加之辅助输出功率增大以后，中间母线LC滤波电感电容的谐振，导致中间母线电压振荡增大，从而导致辅助变流器AC380输出电压波动较大。工程上经常通过在辅助变流器的中间直流母线侧串加电阻或增加支撑电容的方式来解决大功率辅助变流器控制不稳定的问题，但是通过串入电阻会增加能量损耗，降低系统效率，加大支撑电容会增加辅助变流器的体积和成本。
技术实现思路
本专利技术解决大功率辅助变流器输出电压波动的问题，提供一种大功率辅助变流器及其控制方法。该大功率辅助变流器及其控制方法通过提取中间直流母线电压的波动，用来修正逆变器控制器的电流环id*、iq*给定值，如此可以有效的减少变流器输出电压的振荡。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种大功率辅助变流器的控制方法，该大功率辅助变流器的逆变器采用电压电流双闭环控制，提取中间直流母线电压的波动，用来修正逆变器控制的电流环设定值id*、iq*，以此减少变流器输出电压的振荡；中间直流母线电压的波动值ΔU＝Udc－Utd，Udc为中间直流母线电压的实时采样值，Utd为中间直流母线电压的实时采样值经过陷波器仅对中间直流母线滤波电感电容LC谐振频率进行滤除后而得到的稳定的中间直流母线电压值；用来修正电流环设定值id*、iq*的修正值Δid、Δiq为：Δid＝Δiq＝(k1|ΔU/ε|α+k2|ΔU/ε|β)ΔU其中β＞1，0＜α＜1，k1>0，k2>0，ε为大于0的常数，a、β、k1、k2、ε根据实际情况调整。ε为中间直流母线电压波动可接受的范围，这里选择ε＝50V，根据对不同负载功率的实验即得出，β取小于5的数较为合理，本专利技术根据实验现场的实际调试结果，选择β＝2.73，a＝0.84。式中k1、k2分别为对式中两项补偿的校正系数，是对两项补偿校正的微调，通常选择不宜过大，选择过大则失去了|ΔU/ε|α和|ΔU/ε|β各自原本的作用，本专利技术选取k1＝k2＝1。由上式可以看出，当|ΔU|>ε时，即中间电压波动范围大于50V时，k2|ΔU/ε|β起主导作用，即β起主导作用，id*、iq*补偿力度较大，以尽快调节到中间电压波动小于50V。当|ΔU|<ε时，即中间电压波动小于50V，k1|ΔU/ε|α起主导作用，即a起主导作用，id*、iq*补偿力度较小，中间母线电压进行较为缓慢的调整。如此便可以实时的对辅助逆变的id*、iq*补偿进行调整，通过对ΔU作为辅助逆变控制系统的反馈，能够很好的减小辅助变流器控制系统的振荡。有效的解决了现有依靠改变主电路参数带来的体积增加和效率降低的问题。一种大功率辅助变流器，包含晶闸管整流模块、直流母线滤波模块、逆变模块，逆变模块内的逆变器的控制器采用电压电流双闭环控制；外环包括两个PI调节器，PI1和PI2，逆变器输出电压设定值ud*和逆变器输出电压采集值ud作为PI1的输入，逆变器输出电压设定值uq*和逆变器输出电压采集值uq作为PI2的输入；内环也包括两个PI调节器，PI3和PI4，逆变器输出电流设定值id*和逆变器输出电流采集值id作为PI3的输入，逆变器输出电流设定值iq*和逆变器输出电流采集值iq作为PI4的输入；PI3的输入还有Δid，PI4的输入还有Δiq，Δid＝Δiq＝(k1|ΔU/ε|α+k2|ΔU/ε|β)ΔU其中β＞1，0＜α＜1，k1>0，k2>0，ε为大于0的常数，a、β、k1、k2、ε根据实际情况调整；ΔU为中间直流母线电压的波动值，ΔU＝Udc－Utd，Udc为中间直流母线电压的实时采样值，Utd为中间直流母线电压的实时采样值经过陷波器仅对中间直流母线滤波电感电容LC谐振频率进行滤除后而得到的稳定的中间直流母线电压值。本专利技术通过提取中间直流母线电压的波动，用来修正三相逆变双闭环控制器的电流环设定值id*、iq*，如此可以有效的减少中间母线及逆变器输出电压的振荡，在工程中具有广阔的应用前景。本专利技术尤其适用于交流电传动电力机车。附图说明图1为本专利技术所述辅助变流器的逆变控制框图。具体实施方式实施例1一种大功率辅助变流器的控制方法，该大功率辅助变流器的逆变器采用电压电流双闭环控制，提取中间直流母线电压的波动，用来修正逆变器控制的电流环设定值id*、iq*，以此减少变流器输出电压的振荡；中间直流母线电压的波动值ΔU＝Udc－Utd，Udc为中间直流母线电压的实时采样值，Utd为中间直流母线电压的实时采样值经过陷波器仅对中间直流母线滤波电感电容LC谐振频率进行滤除后而得到的稳定的中间直流母线电压值；用来修正电流环设定值id*、iq*的修正值Δid、Δiq为：Δid＝Δiq＝(k1|ΔU/ε|α+k2|ΔU/ε|β)ΔU其中β＞1，0＜α＜1，k1>0，k2>0，ε为大于0的常数，a、β、k1、k2、ε根据实际情况调整。ε为中间直流母线电压波动可接受的范围，这里选择ε＝50V，根据对不同负载功率的实验即得出，β取小于5的数较为合理，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率辅助变流器的控制方法，该大功率辅助变流器的逆变器采用电压电流双闭环控制，其特征在于，提取中间直流母线电压的波动，用来修正逆变器控制的电流环设定值id*、iq*，以此减少变流器输出电压的振荡；中间直流母线电压的波动值ΔU＝Udc－Utd，Udc为中间直流母线电压的实时采样值，Utd为中间直流母线电压的实时采样值经过陷波器仅对中间直流母线滤波电感电容LC谐振频率进行滤除后而得到的稳定的中间直流母线电压值；用来修正电流环设定值id*、iq*的修正值Δid、Δiq为：Δid＝Δiq＝(k1|ΔU/ε|α+k2|ΔU/ε|β)ΔU其中β＞1，0＜α＜1，k1>0，k2>0，ε为大于0的常数，a、β、k1、k2、ε根据实际情况调整。

【技术特征摘要】
1.一种大功率辅助变流器的控制方法，该大功率辅助变流器的逆变器采用电压电流双闭环控制，其特征在于，提取中间直流母线电压的波动，用来修正逆变器控制的电流环设定值id*、iq*，以此减少变流器输出电压的振荡；中间直流母线电压的波动值ΔU＝Udc－Utd，Udc为中间直流母线电压的实时采样值，Utd为中间直流母线电压的实时采样值经过陷波器仅对中间直流母线滤波电感电容LC谐振频率进行滤除后而得到的稳定的中间直流母线电压值；用来修正电流环设定值id*、iq*的修正值Δid、Δiq为：Δid＝Δiq＝(k1|ΔU/ε|α+k2|ΔU/ε|β)ΔU其中β＞1，0＜α＜1，k1>0，k2>0，ε为大于0的常数，a、β、k1、k2、ε根据实际情况调整。2.一种大功率辅助变流器，包含晶闸管整流模块、直流母线滤波模块、逆变模块，逆变模块内的逆变器的控制器采用电压电流双闭环控制；外环包括两个PI调节器，PI1和PI2，逆变器输出电压设定值ud*和逆变器输出电压采集值ud作为PI1的输入，逆变器输出电压设定值uq*和逆变器输出电压采集值uq作为PI2的输入；内环也包括两个PI调节器，PI3和PI4，逆变器输出电流设定值id*和逆...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东，高永军，张宇龙，葸代其，王雷，王喜乐，李岩，牛剑博，
申请(专利权)人：中车永济电机有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14