一种四象限变流器控制器制造技术

本实用新型专利技术属于轨道交通技术领域，涉及一种四象限变流器控制器，包括电压环和电流环，四象限变流器控制器采用基于dq同步旋转坐标系的控制方法，将d轴定义为有功轴。网压中断时，四象限变流器控制器的d轴电流给定值Id‑ref增大，d轴电流反馈值Id几乎为零。根据四象限变流器控制器中的d轴电流给定值Id‑ref和d轴电流反馈值Id，可以对网压中断进行快速检测。对网压中断的快速与准确检测，有助于四象限变流器采取相应措施，避免在受电弓与接触网接触不良的情况下，四象限变流器因网压中断，发生过电流，而对设备造成损坏；同时有利于动车组列车的安全可靠运行。

【技术实现步骤摘要】
一种四象限变流器控制器
本技术属于轨道交通
，涉及一种四象限变流器控制器。
技术介绍
动车组列车采用接触网供电方式，通过受电弓与接触网接触获得电能，在列车运行过程中，网压中断时有发生。若控制系统未能及时检测到网压中断，四象限变流器控制器的电流环继续工作并很快工作在饱和状态，使得四象限变流器网侧交流电压的幅值和相位均严重偏离实际网压的幅值和相位。当网压恢复时，由于网压与四象限变流器网侧交流电压之间存在幅值和相位偏差，在四象限变流器交流侧产生电流Is，形成冲击，轻则导致系统频繁产生过流，设备运行的可靠性降低，严重时则会对设备造成损坏。本技术提出一种四象限变流器控制器，根据网压中断时四象限变流器控制器的电流指令值(d轴电流给定值Id-ref)和电流反馈值(d轴电流反馈值Id)的特征进行判断，能够快速检测网压中断。本技术提出的四象限变流器控制器能及时对网压中断做出判断，有助于四象限变流器采取相应措施，避免网压恢复时发生过流，而对设备造成损坏；同时，有利于动车组列车的安全可靠运行。
技术实现思路
本技术提供一种四象限变流器控制器，对列车短时间失去网压进行检测，例如由于受电弓与接触网接触不良，而导致的列车网压中断情况。具体技术方案如下：一种四象限变流器控制器，包括：电压环和电流环；所述电压环包括直流侧电压传感器、比较单元和电压环控制器；所述比较单元与电压环控制器连接；所述直流侧电压传感器检测出直流电压反馈值Udc；四象限变流器直流侧输出电压目标值Udc-ref和所述直流电压反馈值Udc输入比较单元进行差值比较，将比较结果输入电压环控制器；所述电压环控制器输出d轴电流给定值Id-ref；所述四象限变流器控制器还包括电流传感器、αβ/dq坐标变换模块、交流电压传感器和SPLL(锁相环)模块；所述电流传感器位于四象限变流器交流侧，且与αβ/dq坐标变换模块连接，用于检测出四象限变流器交流侧电流IS；所述交流电压传感器与SPLL模块的一端连接，所述SPLL模块的另一端与αβ/dq坐标变换模块连接；所述交流电压传感器检测出交流电压，并将交流电压传输至SPLL模块；将所述四象限变流器交流侧电流IS和SPLL模块的输出结果共同输入至αβ/dq坐标变换模块进行坐标变换，输出d轴电流反馈值Id和q轴电流反馈值Iq；所述电流环包括两个比较单元、电流环控制器一、电流环控制器二和dq/αβ反坐标变换模块；电流环的第一个比较单元与电流环控制器一的一端连接，电流环控制器一的另一端与dq/αβ反坐标变换模块的输入端连接；电流环的第二个比较单元与电流环控制器二的一端连接，电流环控制器二的另一端与dq/αβ反坐标变换模块的输入端连接；所述d轴电流给定值Id-ref和d轴电流反馈值Id输入电流环的第一个比较单元进行差值比较，将比较结果输入电流环控制器一；所述q轴电流给定值Iq-ref和q轴电流反馈值Iq输入电流环的第二个比较单元进行差值比较，将比较结果输入电流环控制器二；电流环控制器一输出d轴输出Ud，电流环控制器二输出q轴输出Uq；所述d轴输出Ud和q轴输出Uq输入dq/αβ反坐标变换模块，进行反坐标变换，输出调制电压US；所述四象限变流器控制器还包括PWM脉宽调制模块，所述dq/αβ反坐标变换模块的输出端与PWM脉宽调制模块的输入端连接；所述调制电压US输入PWM脉宽调制模块，PWM脉宽调制模块输出驱动脉冲，用于控制四象限变流器。在上述技术方案的基础上，所述电压环控制器、电流环控制器一和电流环控制器二均为PI控制器(比例积分控制器)。在上述技术方案的基础上，所述αβ/dq坐标变换模块采用dq同步旋转坐标系，先建立一个虚拟正交坐标系，然后将交流量通过坐标变换的方式转换到同步旋转的dq坐标系，将交流量转换成d轴和q轴上的直流量。在上述技术方案的基础上，所述四象限变流器控制器采用DSP控制器的形式。在上述技术方案的基础上，所述q轴电流给定值Iq-ref为0。在上述技术方案的基础上，动车组列车牵引变流系统包括：受电弓、主断路器、牵引变压器、四象限变流器、逆变器(INV)和牵引电机；所述受电弓从接触网取电，并通过回流线回流，且通过主断路器与牵引变压器连接；所述牵引变压器将交流电压降压后，供给四象限变流器；所述四象限变流器将交流电整流为直流电，供给逆变器；所述逆变器将直流电转化为三相交流电，以驱动牵引电机；在所述牵引变压器一次侧设置交流电压传感器，用于实时检测牵引变压器一次侧的交流电压；在所述四象限变流器交流侧设置电流传感器，用于实时检测四象限变流器交流侧的交流电流；在所述四象限变流器直流侧设置直流侧电压传感器，用于实时检测四象限变流器输出的直流电压，即直流电压反馈值Udc。一种应用四象限变流器控制器对网压中断判断的具体过程为：检测四象限变流器的工作状态；当检测到四象限变流器正常工作，对d轴电流给定值Id-ref进行检测采样；所述检测到四象限变流器正常工作为：采用直流侧电压传感器检测到四象限变流器输出的直流电压保持为给定的恒定工作电压；所述直流侧电压传感器设置于动车组列车牵引变流系统；假设上一检测采样周期d轴电流给定值为id-ref(k-1)，本检测采样周期d轴电流给定值为id-ref(k)；当id-ref(k)*id-ref(k-1)≥0时，假设d轴电流反馈值为Id，当同时满足式(1)和式(2)时，则判断此时列车的网压中断，|Id-ref|＞k1(1)|Id|＜k2(2)其中，k1为d轴电流给定值Id-ref的保护阈值，k2为d轴电流反馈值Id的保护阈值；所述k1的值与tj有关，所述tj表示从动车组列车发生网压中断的开始时刻到动车组列车牵引变流系统检测到动车组列车发生网压中断时止的一段时间，tj越小，k1越小；tj越大，k1越大。所述k1的取值范围和k2的值由实验确定，具体过程如下：列车从启动状态进入正常工作状态；当网压中断发生后，四象限变流器控制器中的电流环控制器一将迅速处于饱和状态，αβ/dq坐标变换模块输出的d轴电流反馈值Id的数值最大，为Id-max；所述k1值的取值范围为0～Id-max；所述k1的具体值根据现有动车组列车牵引变流系统和四象限变流器控制器的具体参数和整体性能确定，且尽可能小，以缩短网压中断的检测时间，保证尽可能早地发现动车组列车的网压出现了中断，相应地延长四象限变流器采取相应措施处理网压中断带来不利影响的时间；当列车空载启动时，四象限变流器建立直流电压，四象限变流器交流侧电流IS接近于零，通过四象限变流器控制器中的αβ/dq坐标变换模块输出的d轴电流反馈值Id确定为k2的值。本技术具有以下有益技术效果：本申请所述四象限变流器控制器，通过四象限变流器控制器中的d轴电流给定值Id-ref和d轴电流反馈值为Id，能够快速检测网压中断，及时对网压中断做出判断，有助于四象限变流器采取相应措施，避免网压恢复时发生过电流，而对设备造成损坏；同时有利于动车组列车的安全可靠运行。附图说明本技术有如下附图：图1为本技术动车组列车牵引变流系统构成示意图；图2为本技术四象限变流器控制器示意图；图3为本技术四象限变流器控制器电压环示意图；图4为本技术四象限变流器控制器电流环原理示意图；图5为本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四象限变流器控制器，其特征在于，包括：电压环和电流环；所述电压环包括直流侧电压传感器、比较单元和电压环控制器；所述比较单元与电压环控制器连接；所述直流侧电压传感器设置于四象限变流器直流侧，用于实时检测四象限变流器输出的直流电压反馈值Udc；四象限变流器直流侧输出电压目标值Udc‑ref和所述直流电压反馈值Udc输入比较单元进行差值比较，将比较结果输入电压环控制器；所述电压环控制器输出d轴电流给定值Id‑ref；所述四象限变流器控制器还包括电流传感器、αβ/dq坐标变换模块、交流电压传感器和SPLL模块；所述电流传感器位于四象限变流器交流侧，且与αβ/dq坐标变换模块连接，用于实时检测四象限变流器交流侧电流IS；所述交流电压传感器与SPLL模块的一端连接，所述SPLL模块的另一端与αβ/dq坐标变换模块连接；所述交流电压传感器检测出交流电压，并将交流电压传输至SPLL模块；所述交流电压传感器设置于牵引变压器一次侧，用于实时检测四象限变流器输出的直流电压；将所述四象限变流器交流侧电流IS和SPLL模块的输出结果共同输入至αβ/dq坐标变换模块进行坐标变换，输出d轴电流反馈值Id和q轴电流反馈值Iq；所述电流环包括两个比较单元、电流环控制器一、电流环控制器二和dq/αβ反坐标变换模块；电流环的第一个比较单元与电流环控制器一的一端连接，电流环控制器一的另一端与dq/αβ反坐标变换模块的输入端连接；电流环的第二个比较单元与电流环控制器二的一端连接，电流环控制器二的另一端与dq/αβ反坐标变换模块的输入端连接；所述d轴电流给定值Id‑ref和d轴电流反馈值Id输入电流环的第一个比较单元进行差值比较，将比较结果输入电流环控制器一；所述q轴电流给定值Iq‑ref和q轴电流反馈值Iq输入电流环的第二个比较单元进行差值比较，将比较结果输入电流环控制器二；电流环控制器一输出d轴输出Ud，电流环控制器二输出q轴输出Uq；所述d轴输出Ud和q轴输出Uq输入dq/αβ反坐标变换模块，进行反坐标变换，输出调制电压US；所述四象限变流器控制器还包括PWM脉宽调制模块，所述dq/αβ反坐标变换模块的输出端与PWM脉宽调制模块的输入端连接；所述调制电压US输入PWM脉宽调制模块，PWM脉宽调制模块输出驱动脉冲，用于控制四象限变流器。...

【技术特征摘要】
1.一种四象限变流器控制器，其特征在于，包括：电压环和电流环；所述电压环包括直流侧电压传感器、比较单元和电压环控制器；所述比较单元与电压环控制器连接；所述直流侧电压传感器设置于四象限变流器直流侧，用于实时检测四象限变流器输出的直流电压反馈值Udc；四象限变流器直流侧输出电压目标值Udc-ref和所述直流电压反馈值Udc输入比较单元进行差值比较，将比较结果输入电压环控制器；所述电压环控制器输出d轴电流给定值Id-ref；所述四象限变流器控制器还包括电流传感器、αβ/dq坐标变换模块、交流电压传感器和SPLL模块；所述电流传感器位于四象限变流器交流侧，且与αβ/dq坐标变换模块连接，用于实时检测四象限变流器交流侧电流IS；所述交流电压传感器与SPLL模块的一端连接，所述SPLL模块的另一端与αβ/dq坐标变换模块连接；所述交流电压传感器检测出交流电压，并将交流电压传输至SPLL模块；所述交流电压传感器设置于牵引变压器一次侧，用于实时检测四象限变流器输出的直流电压；将所述四象限变流器交流侧电流IS和SPLL模块的输出结果共同输入至αβ/dq坐标变换模块进行坐标变换，输出d轴电流反馈值Id和q轴电流反馈值Iq；所述电流环包括两个比较单元、电流环控制器一、电流环控制器二和dq/αβ反坐标变换模块；电流环的第一个比较单元与电流环控制器一的一端连接，电流环控制器一的另一端与dq/αβ反坐标变换模块的输入端连接；电流环的第二个比较...

【专利技术属性】
技术研发人员：漆良波，陈杰，桑静波，郭尝君，陈丽娜，吕海臣，刘志刚，郝峰杰，牟富强，邱瑞昌，魏路，张钢，路亮，
申请(专利权)人：北京交通大学，北京千驷驭电气有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11