一种单相整流器及其控制方法技术

本发明专利技术公开一种单相整流器及其控制方法；单相整流器包括：二极管单相桥，用于将交流输入电流整流为直流电流；二极管单相桥的输出连接到boost半桥的桥臂中点；boost半桥，boost半桥包括串联的一个快恢复二极管和一个全控型器件；用于将交流输入电流的波形控制为正弦；直流电容，直流电容与boost半桥并联；控制器，用于将交流输入电流变换为不同频率的多相电流，再对多相电流分别进行谐波控制；并通过多相坐标变换得到电压给定值，并转换成控制脉冲发送至所述boost半桥。采用本发明专利技术提供的方案，使用一种虚拟多相的方式，实现对各次谐波的单独抑制。

A single-phase rectifier and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种单相整流器及其控制方法
本专利技术涉及轨道交通车载设备领域，具体而言，涉及一种单相整流器及其控制方法。
技术介绍
辅助变流器是轨道车辆(机车、动车)的重要车载设备，其为列车牵引以外的辅助负载提供三相交流电源。图1示出了辅助变流器在车辆中的示意图。传统上，常用一种牵引变压器中集成辅助绕组的方式为辅助变流器供电。辅助变流器包含了一个整流器和一个三相逆变器。图2示出了现有技术中采用的整流器的示意图。这种方式中的辅助负载通常都不存在功率回馈的工况，因此整流器并不需要回馈功能。专利技术人认为，传统的整流器控制方法，对低次谐波的抑制能力通常有限。
技术实现思路
本专利技术提供一种单相整流器及其控制方法，用以克服现有技术中存在的至少一个问题。为达到上述目的，本专利技术提供了一种单相整流器，包括：二极管单相桥，用于将交流输入电流整流为直流电流；二极管单相桥的输出连接到boost半桥的桥臂中点；boost半桥，boost半桥包括串联的一个快恢复二极管和一个全控型器件；用于将交流输入电流的波形控制为正弦；直流电容，直流电容与boost半桥并联；控制器，用于将交流输入电流变换为不同频率的多相电流，再对多相电流分别进行谐波控制；并通过多相坐标变换得到电压给定值，并转换成控制脉冲发送至boost半桥。可选地，控制器包括：电流虚拟多相模块，用于将交流输入电流变换为不同频率的多相电流；接触网电压相位观测模块，用于获取接触网电压的相位，以为坐标变换提供角度；多相坐标变换模块，用于通过多相坐标变换，根据接触网电压的相位，将多相电流中的基波电流和各次谐波电流，分别映射到同步速旋转和倍数同步速旋转的多个正交平面上；并对电流闭环模块产生的一组电压进行多相坐标变换，得到电压给定值；电流闭环模块，用于对基波电流平面的高次谐波进行抑制，对各次谐波平面中的各次谐波进行抑制，并产生一组电压，输入至多相坐标模块；直流电压闭环模块，用于调节基波电流的第二分量给定值；单位功率因数控制指令模块，用于根据基波电压第一给定值和第二给定值的比例和基波电流的第二分量给定值，生成基波电流的第一分量给定值；脉冲生成模块，用于根据多相坐标变换模块得到的电压给定值和采样得到的直流电压值，计算得到占空比，并将占空比转换为控制脉冲发送至boost半桥。可选地，电流虚拟多相模块用于将交流输入电流进行相位延迟以获得多相电流，或者构造交流输入电流的移相函数以获得多相电流。可选地，当多相电流为6相电流时，在通过多相坐标变换，将基波电流和各次谐波电流，分别映射到同步速旋转和倍数同步速旋转的多个正交平面上时，多相坐标变换模块用于：将6相电流从自然坐标系变换到6相静止正交坐标系，坐标变换矩阵记做Tαβ6/abc6；然后变换到6相同步旋转坐标系上，坐标变换矩阵记做Tdq6/αβ6；多相坐标变换过程如下：其中，其中α＝π/6；其中θ为接触网电压的相位；在对电流闭环模块产生的一组电压指令进行多相坐标变换，合成得到电压给定值时，多相坐标变换模块用于：将基波电压的第一分量给定值和基波电压的第二分量给定值、以及各次谐波平面电压的第一分量给定值和第二分量给定值，从6相同步旋转坐标系上变换到6相静止正交坐标系，坐标变换矩阵为T-1dq6/αβ6；再变换到6相的自然坐标系，坐标变换矩阵记做T-1αβ6/abc6；在得到的一组电压给定值中，将其中一个预定的给定值，作为电压给定值。可选地，直流电压闭环模块用于：滤除直流电压值的二倍频波动；并将直流电压给定值与滤波后的直流电压值相减，并通过一个比例积分调节器，产生基波电流的第二分量给定值。可选地，单位功率因数控制指令模块用于：计算基波电压第一分量给定值和基波电压第二分量给定值的比例，然后经过低通滤波器去除毛刺和干扰，并乘以基波电流第二分量给定值，得到基波电流的第一分量给定值。可选地，电流闭环模块用于：将基波电流的第一分量给定值和基波电流的第二分量给定值分别与基波电流的第一分量和第二分量做差，并输入相应的比例积分调节器，得到基波电压的第一分量给定值和基波电压的第二分量给定值；并将各次谐波平面的电流第一分量给定值和第二分量给定值分别与各次谐波平面的电流第一分量和第二分量做差后，输入给相应的比例积分调节器，分别得到各次谐波平面电压的第一分量给定值和第二分量给定值。可选地，单相整流器，包括：多个boost半桥；多个Boost半桥的全控型器件并联；或者多个Boost半桥的全控型器件交错导通。可选地，单相整流器，还包括：交流电流传感器，用于对交流输入电流进行转换，并输入至控制器；以及直流电压传感器，用于对直流输出电压进行转换，并输入至控制器。为达到上述目的，本专利技术提供了还一种单相整流器的控制方法，包括：将交流输入电流变换为不同频率的多相电流，并获取接触网电压的相位；根据相位，将不同频率的多相电流中的基波电流和各次谐波电流，分别映射到同步速旋转和倍数同步速旋转的多个正交平面上；调节基波电流的第二分量给定值；并根据基波电压第一给定值和第二给定值的比例和基波电流的第二分量给定值，生成基波电流的第一分量给定值；对基波电流平面的高次谐波进行抑制，对各次谐波平面中的各次谐波进行抑制，并产生一组电压；对一组电压进行多相坐标变换，得到电压给定值；根据电压给定值和采样得到的直流电压值，计算得到占空比，并将占空比转换为控制脉冲发送至boost半桥。本专利技术的有益效果如下：本专利技术的单相整流器电路结构简单；本专利技术的虚拟多相控制方法，与传统的交流电流瞬时值闭环控制相比，可以实现更好的电流控制性能；通过虚拟多相控制方法可以有效地将不同次谐波的电流进行单独的控制，具有良好的谐波抑制控制性能。本专利技术的单相整流器，通过控制boost桥臂中的全控型器件的开通或关段，可以控制交流电流的变化率，从而可以使得交流电流波形接近正弦，且实现牵引变压器辅助绕组输出的单位功率因数。本专利技术的控制方法，对于电网电压相位检测的精度要求不高。由于牵引变压器辅助绕组输出的单位功率因数这一控制目标，确保了交流电流与交流电压保持同相位，即便电网电压相位检测存在一定的固定偏差，也不影响控制性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出了辅助变流器在车辆中的示意图；图2示出了现有技术中采用的整流器的示意图；图3示出了包括本专利技术的单相整流器的辅助变流器的连接示意图；图4中示出了本专利技术的单相整流器中的控制器的电流虚拟多相模块、接触网电压相位观测模块和多相坐标变换模块的连接示意图；图5中示出了本专利技术的单相整流器中的控制器的单位功率因数控制指令模块、直流电压闭环模块和电流闭环模块的连接示意图；图6中示出了本专利技术的单相整流器中的控制器的多相坐标变换模块和脉冲生成模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相整流器，其特征在于，包括：/n二极管单相桥，用于将交流输入电流整流为直流电流；所述二极管单相桥的输出连接到boost半桥的桥臂中点；/n所述boost半桥，所述boost半桥包括串联的一个快恢复二极管和一个全控型器件；用于将交流输入电流的波形控制为正弦；/n直流电容，所述直流电容与所述boost半桥并联；/n控制器，用于将所述交流输入电流变换为不同频率的多相电流，再对所述多相电流分别进行谐波控制；并通过多相坐标变换得到电压给定值，并转换成控制脉冲发送至所述boost半桥。/n

【技术特征摘要】
1.一种单相整流器，其特征在于，包括：
二极管单相桥，用于将交流输入电流整流为直流电流；所述二极管单相桥的输出连接到boost半桥的桥臂中点；
所述boost半桥，所述boost半桥包括串联的一个快恢复二极管和一个全控型器件；用于将交流输入电流的波形控制为正弦；
直流电容，所述直流电容与所述boost半桥并联；
控制器，用于将所述交流输入电流变换为不同频率的多相电流，再对所述多相电流分别进行谐波控制；并通过多相坐标变换得到电压给定值，并转换成控制脉冲发送至所述boost半桥。


2.根据权利要求1所述的单相整流器，其特征在于，所述控制器包括：
电流虚拟多相模块，用于将所述交流输入电流变换为不同频率的多相电流；
接触网电压相位观测模块，用于获取接触网电压的相位，以为坐标变换提供角度；
多相坐标变换模块，用于通过多相坐标变换，根据接触网电压的相位，将多相电流中的基波电流和各次谐波电流，分别映射到同步速旋转和倍数同步速旋转的多个正交平面上；并对电流闭环模块产生的一组电压进行多相坐标变换，得到电压给定值；
电流闭环模块，用于对所述基波电流平面的高次谐波进行抑制，对所述各次谐波平面中的各次谐波进行抑制，并产生一组电压，输入至所述多相坐标模块；
直流电压闭环模块，用于调节所述基波电流的第二分量给定值；
单位功率因数控制指令模块，用于根据基波电压第一给定值和第二给定值的比例和所述基波电流的第二分量给定值，生成所述基波电流的第一分量给定值；
脉冲生成模块，用于根据所述多相坐标变换模块得到的电压给定值和采样得到的直流电压值，计算得到占空比，并将所述占空比转换为控制脉冲。


3.根据权利要求2所述的单相整流器，其特征在于，所述电流虚拟多相模块用于将所述交流输入电流进行相位延迟以获得多相电流，或者构造所述交流输入电流的移相函数以获得所述多相电流。


4.根据权利要求2所述的单相整流器，其特征在于，当所述多相电流为6相电流时，
在通过多相坐标变换，将基波电流和各次谐波电流，分别映射到同步速旋转和倍数同步速旋转的多个正交平面上时，所述多相坐标变换模块用于：将6相电流从自然坐标系变换到6相静止正交坐标系，坐标变换矩阵记做Tαβ6/abc6；然后变换到6相同步旋转坐标系上，坐标变换矩阵记做Tdq6/αβ6；多相坐标变换过程如下：



其中，

其中α＝π/6；

其中θ为接触网电压的相位；
在对电流闭环模块产生的一组电压指令进行多相坐标变换，合成得到电压给定值时，所述多相坐标变换模块用于：
将基波电压的第一分量给定值和基波电压的第二分量给定值、以及各次谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：王方，张军，窦蕴萍，宋春雨，李欣，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京;11