一种列车辅助变流器输出电压平衡控制方法及介质技术

本发明专利技术公开了一种列车辅助变流器输出电压平衡控制方法，采用正序控制环与负序控制环同步结合的双环控制；在正序控制环中，通过辅助变流器负载端相电压u

【技术实现步骤摘要】
一种列车辅助变流器输出电压平衡控制方法及介质
本专利技术主要涉及轨道交通
，特指一种列车辅助变流器输出电压平衡控制方法及介质。
技术介绍
列车辅助变流器在某些不平衡负载引入时，会造成输出的三相电压不平衡；另外负载的异常工作及损坏也会导致电压出现明显的不平衡。辅助变流器输出电压的不平衡不仅会造成中线电流过大从而使线缆过热，而且会降低变压器的容量利用率，增加变压器损耗，危及安全运行。更严重的是，不平衡的三相输出电压会干扰电机、电力电子变换器等车载负载设备的正常工作，最终降低各设备的使用寿命以及增加运维成本。目前针对三相逆变器输出电压不平衡的矫正措施主要从逆变器拓扑结构、控制策略两个方面着手。在逆变器拓扑结构方面，目前常见的拓扑形式为三相分裂电容式逆变拓扑、组合式三相逆变拓扑、三相四桥臂逆变拓扑以及插入三角形/星型变压器等。但是改变逆变器拓扑结构会造成主电路拓扑结构复杂、可靠性降低、体积/重量增加等负面影响。在控制策略方面，基本思路是抑制不平衡负载条件下控制环路中存在的2倍工频脉动分量。目前常见的做法是在传统比例积分控制器中引入能零稳态误差跟踪高次脉动分量的内膜控制器，如谐振控制器、重复控制器等；其中谐振控制器对脉动分量的增益受系统频率直接影响，尤其对于列车辅助变流器并联系统的系统频率随负载功率分配实时变化的场合性能有所折扣；重复控制器由于存在一个工频基波周期的固有延时，会影响系统动态响应性能。此外在正序、负序坐标系下分别控制正、负序变量的方法，由于各自坐标系下被控变量均表现为直流分量，基于传统的比例积分控制器即可实现无静差跟踪，然而输出不平衡电压的正、负序分离通常依赖数字滤波器，影响系统动态响应性能以及控制稳定性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种保证辅助变流器输出电压平衡的列车辅助变流器输出电压平衡控制方法及介质。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种列车辅助变流器输出电压平衡控制方法，采用正序控制环与负序控制环同步结合的双环控制；在正序控制环中，通过辅助变流器负载端相电压ua、ub、uc和相电流ia、ib、ic得到两相坐标系统下的正序控制输出量uα+*和uβ+*；在负序控制环中，通过辅助变流器负载端相电压ua、ub、uc得到两相坐标系统下的负序控制输出量uα-*和uβ-*；再通过uα+*、uβ+*与uα-*、uβ-*得到总控制输出量uα*、uβ*，以控制列车辅助变流器中三相逆变器的驱动脉冲信号。优选地，在列车辅助变流器包括多重辅助变流器时，各重辅助变流器间的功率分配采用P-f下垂控制来实现。优选地，P-f下垂曲线呈S形且对应公式为：式中：P0、f0为辅助变流器额定有功功率、额定频率；P、f为辅助变流器实时有功功率、实时频率；fs为频率变化上下限的差值；k为有功功率下垂系数，可根据实际需求进行调节。优选地，所述正序控制环的具体控制过程为：S11、对辅助变流器负载端的相电压ua、ub、uc进行变换，得到两相静止坐标系下的电压正序分量uα+、uβ+，再将两相静止坐标系下的电压正序分量uα+、uβ+变换为旋转坐标系的电压正序分量uq+、ud+；同时，将辅助变流器负载端的相电流ia、ib、ic变换到旋转坐标系的电流正序分量iq+、id+；S12、将电压正序值uq+与0做差得到正序输入控制误差uqerr+，将ud+与预设电压值udref做差得到正序输入控制误差uderr+，对uderr+和uqerr+进行电压PI控制；S13、通过步骤S12得到的值与电流正序分量iq+和id+做差后进行电流PI控制，得到旋转坐标系下的正序控制输出量ud+*、uq+*；S14、将旋转坐标系下的正序控制输出量ud+*、uq+*变换为两相坐标系下的正序控制输出量uα+*和uβ+*。优选地，从三相静止坐标系转换到两相静止坐标系的变换矩阵为:优选地，从两相静止坐标系转换到正序同步坐标系的转换矩阵为:其中ωt为辅助变流器负载端A相电压的同步信号角频率。优选地，所述负序控制环的具体控制过程为：S21、对辅助变流器负载端的相电压ua、ub、uc进行变换，得到两相静止坐标系下的电压正序分量uα+、uβ+；将0与预设电压值udref进行变换得到两相静止坐标系下的电压值uaref+、uβref+；S22、通过两相静止坐标系下的电压正序分量uα+、uβ+与两相静止坐标系下的电压值uaref+、uβref+，得到负序输入控制误差uaerr-、uβerr-，再变换为旋转坐标系下的uderr-、uqerr-；S23、uderr-、uqerr-进行电压PI控制，得到负序控制输出量ud-*、uq-*；S24、将ud-*、uq-*变换为两相静止坐标系下的负序控制输出量uα-*和uβ-*。优选地，从两相静止坐标系转换到负序同步坐标系的转换矩阵为：其中ωt为辅助变流器负载端A相电压的同步信号角频率。优选地，所述辅助变流器负载端A相电压的同步信号角频率ωt通过数字锁相环得到。本专利技术还进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现如上所述的控制方法。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的列车辅助变流器输出电压平衡控制方法及介质，引入正序与负序同步进行的双环控制策略(也叫分序控制方法)，保证输出电压平衡；通过重构负序指令，无需依赖数字低通滤波器或信号延时对消环节来分离正负序和零序分量，提高系统动态响应性能及稳定性。本专利技术的列车辅助变流器输出电压平衡控制方法及介质，采用S型P-f下垂控制曲线来实现对各辅助变流器之间的功率分配；辅助变流器在额定功率点(P0,f0)附近运行时，S型下垂曲线频率在同样的△f的波动范围内产生有功功率波动△PS相比传统线性下垂曲线的有功功率波动△PL有明显下降。附图说明图1为本专利技术中的辅助变流器的主电路拓扑图。图2为本专利技术的分序控制方框图。图3为本专利技术中S型曲线与线性下垂特性比较图。图4为本专利技术中分序控制方法与传统方法的波形对比图。图5为本专利技术中分序控制方法与传统方法的局部波形对比放大图。具体实施方式以下结合说明书附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。某型号列车的单重三相三线制辅助变流器主电路拓扑如图1所示，主要由直流电压源、三相三桥臂逆变器、三角形/星形变压器、LC滤波器(电感L由变压器漏感等效、C即滤波电容器)以及负载组成。A、B、C为三相逆变器输出电压的三相端点，a、b、c为辅助变流器对外的三相端点(也称PCC点，即公共连接点)；在多重化辅变(辅助变流器的简称)并联系统中，各重辅助变流器对应相的PCC点直接相连。辅变所带的负载可以是三相平衡负载、三相不平衡负载、缺相负载甚至是单相负载等。记uAB、uBC、uCA为三相逆变器的输出线电压，ua本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种列车辅助变流器输出电压平衡控制方法，其特征在于，采用正序控制环与负序控制环同步结合的双环控制；在正序控制环中，通过辅助变流器负载端相电压u

【技术特征摘要】
1.一种列车辅助变流器输出电压平衡控制方法，其特征在于，采用正序控制环与负序控制环同步结合的双环控制；在正序控制环中，通过辅助变流器负载端相电压ua、ub、uc和相电流ia、ib、ic得到两相坐标系统下的正序控制输出量uα+*和uβ+*；在负序控制环中，通过辅助变流器负载端相电压ua、ub、uc得到两相坐标系统下的负序控制输出量uα-*和uβ-*；再通过uα+*、uβ+*与uα-*、uβ-*得到总控制输出量uα*、uβ*，以控制列车辅助变流器中三相逆变器的驱动脉冲信号。


2.根据权利要求1所述的列车辅助变流器输出电压平衡控制方法，其特征在于，在列车辅助变流器包括多重辅助变流器时，各重辅助变流器间的功率分配采用P-f下垂控制来实现。


3.根据权利要求2所述的列车辅助变流器输出电压平衡控制方法，其特征在于，P-f下垂曲线呈S形且对应公式为：



式中：P0、f0为辅助变流器额定有功功率、额定频率；P、f为辅助变流器实时有功功率、实时频率；fs为频率变化上下限的差值；k为有功功率下垂系数，可根据实际需求进行调节。


4.根据权利要求1或2或3所述的列车辅助变流器输出电压平衡控制方法，其特征在于，所述正序控制环的具体控制过程为：
S11、对辅助变流器负载端的相电压ua、ub、uc进行变换，得到两相静止坐标系下的电压正序分量uα+、uβ+，再将两相静止坐标系下的电压正序分量uα+、uβ+变换为旋转坐标系的电压正序分量uq+、ud+；同时，将辅助变流器负载端的相电流ia、ib、ic变换到旋转坐标系的电流正序分量iq+、id+；
S12、将电压正序值uq+与0做差得到正序输入控制误差uqerr+，将ud+与预设电压值udref做差得到正序输入控制误差uderr+，对uderr+和uqerr+进行电压PI控制；
S13、通过步骤S12得到的值与电流正序分量iq+和id+做差后进行电流PI控制，得到旋转坐标系下的正序控制输出量ud+*、uq+*；
S14、将旋转坐标系下...

【专利技术属性】
技术研发人员：王跃，彭赟，文宇良，付刚，胡景瑜，孙璐，周振邦，苏亮亮，黄超，吴奕，陈欣，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43