基于电源流变换器的超高速电磁驱动供电系统及控制方法技术方案

本发明专利技术属于电磁驱动供电技术领域，具体涉及了一种基于电源流变换器的超高速电磁驱动供电系统及控制方法，旨在解决现有电磁驱动系统供电的变换器开关频率高、通流能力弱、输出电流谐波大的问题。本发明专利技术包括：与输入变压器原边连接的为系统提供能源的储能装置；输入变压器的m个输入变压器副边绕组，分别与m台电流源变换器的输入端连接；输出变压器的m个输出变压器副边绕组分别与m台电流源变换器的输出端连接；输出变压器原边连接至负载，用于向负载供电。本发明专利技术整流侧功率半导体器件开关频率与输入变压器电压频率相等，逆变侧功率半导体器件开关频率与参考电流频率相等，开关频率低、通流能力强、电流谐波含量少。电流谐波含量少。电流谐波含量少。

【技术实现步骤摘要】
基于电源流变换器的超高速电磁驱动供电系统及控制方法


[0001]本专利技术属于电磁驱动供电
，具体涉及了一种基于电源流变换器的超高速电磁驱动供电系统及控制方法。

技术介绍

[0002]随着世界科技竞争日益激烈，地面交通设备的运行速度正朝着越来越快的方向发展。而高速和超高速地面交通技术研发，需要完成连续动态过程空气动力学特性测试、运载工具高速稳定性测试以及会车、过隧道等非对称流动过程特性测试，这些测试的开展严重依赖地面超高速试验设施。
[0003]现有的适用于高速地面交通研发的试验设施主要有风洞和动模型试验装置：风洞主要用于列车稳态气动特性测试，其难以完成动态过程气动特性模拟以及会车、过隧道等非对称流动性过程测试；动模型试验装置虽然能够模拟列车高动态以及会车、过隧道等过程，但其控制精度低，且难以满足未来时速1000公里高速列车测试需求。
[0004]为此，有学者提出采用电磁力为驱动力，利用直线电机搭载被试物按照预设的加速度和速度曲线高速运动以完成各类稳态和动态测试的地面超高速试验设施。为尽快使被试物达到指定运行速度，应在满足被试物要求前提下尽可能提高加速度，缩短直线电机距离，降低系统成本。这就要求电磁驱动系统提供足够大的功率，其电压高达10kV，电流可达10kA。然而，现有的功率半导体器件电压、电流标称值难以满足需求，应用时只能采用多只器件并联和多级功率模块串联的方式。此外，各类稳态和动态测试对速度、加速度等参数控制精度要求很高，这就需要超高速电磁驱动系统输出电压、电流波形质量高，谐波含量少。r/>[0005]为解决以上问题，相关文献分别提出了适用于电磁驱动系统供电的变换器电路拓扑：《IEEE Transactions on Power Electronics》2019年第34卷第1期的《Power Decoupling Control for Capacitance Reduction in Cascaded
‑
H
‑
Bridge
‑
Converter
‑
Based Regenerative Motor Drive Systems》中提出采用级联H桥型电压源变流器作为电磁驱动系统变换器，但是当输出电压、电流达到10kV、10kA水平时，需要采用多只功率半导体器件并联，成本较高，此外，为降低输出电压谐波，需要提高功率半导体器件开关频率，损耗大，从而导致器件通流能力下降；《IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics》2019年第7卷第2期的《Modulation Schemes for Medium
‑
Voltage PWM Current Source Converter
‑
Based Drives An Overview》中提出采用两电平电流源变换器直接驱动电机，但是其输出电流谐波较大，难以满足超高速电磁驱动系统控制需求。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中的上述问题，即现有电磁驱动系统供电的变换器开关频率高、通流能力弱、输出电流谐波大的问题，本专利技术提供了一种基于电源流变换器的超高速电磁驱动供电系统，该超高速电磁驱动供电系统包括以下模块：
[0007]储能装置与输入变压器原边连接端子A1、B1和C1连接，用于为超高速电磁驱动供
电系统提供能源；
[0008]输入变压器的副边和输出变压器的副边分别包括m个输入变压器副边绕组和m个输出变压器副边绕组，其中，第i个输入变压器副边绕组的三相电压相位滞后于输入变压器原边三相电压(60(i
‑
1)/m)
°
，第i个输出变压器副边绕组的三相电压相位滞后于输出变压器原边三相电压(60(i
‑
1)/m)
°
，1≤i≤m，m为正整数且60可被m整除；
[0009]m台电流源变换器中第i电流源变换器的输入与第i个输入变压器副边绕组分别连接至端子ui、vi和wi，m台电流源变换器中第i电流源变换器的输出与第i个输出变压器副边绕组分别连接至端子ai、bi和ci；
[0010]输出变压器原边连接端子A2、B2和C2与负载连接，用于向负载供电。
[0011]在一些优选的实施例中，所述第i电流源变换器包括第i整流侧、第i逆变侧和滤波电感L
idc
；
[0012]所述第i整流侧包括输入侧滤波器C
fi1
、功率半导体开关Ti1、功率半导体开关Ti2、功率半导体开关Ti3、功率半导体开关Ti4、功率半导体开关Ti5和功率半导体开关Ti6；
[0013]所述第i逆变侧包括输出侧滤波器C
fi2
、功率半导体开关Si1、功率半导体开关Si2、功率半导体开关Si3、功率半导体开关Si4、功率半导体开关Si5和功率半导体开关Si6。
[0014]在一些优选的实施例中，所述第i整流侧，其模块连接关系为：
[0015]输入侧滤波器C
fi1
分别连接至端子ui、vi和wi；
[0016]功率半导体开关Ti1的阴极、功率半导体开关Ti3的阴极和功率半导体开关Ti5的阴极一起连接到滤波电感L
idc
的第一连接端；
[0017]功率半导体开关Ti1的阳极和功率半导体开关Ti4的阴极一起连接至端子ui，功率半导体开关Ti3的阳极和功率半导体开关Ti6的阴极一起连接至端子vi，功率半导体开关Ti5的阳极和功率半导体开关Ti2的阴极一起连接至端子wi；
[0018]功率半导体开关Ti4的阳极、功率半导体开关Ti6的阳和功率半导体开关Ti2的阳极连接到一起。
[0019]在一些优选的实施例中，所述第i逆变侧，其模块连接关系为：
[0020]输出侧滤波器C
fi2
分别连接至端子ai、bi和ci；
[0021]功率半导体开关Si1的阳极、功率半导体开关Si3的阳极和功率半导体开关Si5的阳极一起连接到滤波电感L
idc
的第二连接端；
[0022]功率半导体开关Si1的阴极和功率半导体开关Si4的阳极一起连接至端子ai，功率半导体开关Si3的阴极和功率半导体开关Si6的阳极一起连接至端子bi，功率半导体开关Si5的阴极和功率半导体开关Si2的阳极一起连接至端子ci；
[0023]功率半导体开关Si4的阴极、功率半导体开关Si6的阴极和功率半导体开关Si2的阴极连接到一起，并与功率半导体开关Ti4的阳极、功率半导体开关Ti6的阳和功率半导体开关Ti2的阳极连接到一起。
[0024]在一些优选的实施例中，所述输入侧滤波器C
fi1
包括三个以星形方式与端子ui、vi和wi连接的滤波电容。
[0025]在一些优选的实施例中，所述输出侧滤波器C
fi2
包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电源流变换器的超高速电磁驱动供电系统，其特征在于，该超高速电磁驱动供电系统包括以下模块：储能装置与输入变压器原边连接端子A1、B1和C1连接，用于为超高速电磁驱动供电系统提供能源；输入变压器的副边和输出变压器的副边分别包括m个输入变压器副边绕组和m个输出变压器副边绕组，其中，第i个输入变压器副边绕组的三相电压相位滞后于输入变压器原边三相电压(60(i
‑
1)/m)
°
，第i个输出变压器副边绕组的三相电压相位滞后于输出变压器原边三相电压(60(i
‑
1)/m)
°
，1≤i≤m，m为正整数且60可被m整除；m台电流源变换器中第i电流源变换器的输入与第i个输入变压器副边绕组分别连接至端子ui、vi和wi，m台电流源变换器中第i电流源变换器的输出与第i个输出变压器副边绕组分别连接至端子ai、bi和ci；输出变压器原边连接端子A2、B2和C2与负载连接，用于向负载供电。2.根据权利要求1所述的基于电源流变换器的超高速电磁驱动供电系统，其特征在于，所述第i电流源变换器包括第i整流侧、第i逆变侧和滤波电感L
idc
；所述第i整流侧包括输入侧滤波器C
fi1
、功率半导体开关Ti1、功率半导体开关Ti2、功率半导体开关Ti3、功率半导体开关Ti4、功率半导体开关Ti5和功率半导体开关Ti6；所述第i逆变侧包括输出侧滤波器C
fi2
、功率半导体开关Si1、功率半导体开关Si2、功率半导体开关Si3、功率半导体开关Si4、功率半导体开关Si5和功率半导体开关Si6。3.根据权利要求2所述的基于电源流变换器的超高速电磁驱动供电系统，其特征在于，所述第i整流侧，其模块连接关系为：输入侧滤波器C
fi1
分别连接至端子ui、vi和wi；功率半导体开关Ti1的阴极、功率半导体开关Ti3的阴极和功率半导体开关Ti5的阴极一起连接到滤波电感L
idc
的第一连接端；功率半导体开关Ti1的阳极和功率半导体开关Ti4的阴极一起连接至端子ui，功率半导体开关Ti3的阳极和功率半导体开关Ti6的阴极一起连接至端子vi，功率半导体开关Ti5的阳极和功率半导体开关Ti2的阴极一起连接至端子wi；功率半导体开关Ti4的阳极、功率半导体开关Ti6的阳和功率半导体开关Ti2的阳极连接到一起。4.根据权利要求3所述的基于电源流变换器的超高速电磁驱动供电系统，其特征在于，所述第i逆变侧，其模块连接关系为：输出侧滤波器C
fi2
分别连接至端子ai、bi和ci；功率半导体开关Si1的阳极、功率半导体开关Si3的阳极和功率半导体开关Si5的阳极一起连接到滤波电感L
idc
的第二连接端；功率半导体开关Si1的阴极和功率半导体开关Si4的阳极一起连接至端子ai，功率半导体开关Si3的阴极和功率半导体开关Si6的阳极一起连接至端子bi，功率半导体开关Si5的阴极和功率半导体开关Si2的阳极一起连接至端子ci；功率半导体开关Si4的阴极、功率半导体开关Si6的阴极和功率半导体开关Si2的阴极连接到一起，并与功率半导体开关Ti4的阳极、功率半导体开关Ti6的阳和功率半导体开关Ti2的阳极连接到一起。
5.根据权利要求4所述的基于电源流变换器的超高速电磁驱动供电系统，其特征在于，所述输入侧滤波器C
fi1
包括三个以星形方式与端子ui、vi和wi连接的滤波电容。6.根据权利要求5所述的基于电源流变换器的超高速电磁驱动供电系统，其特征在于，所述输出侧滤波器C
fi2
包括三个以星形方式与端子ai、bi和ci连接的滤波电容。7.根据权利要求1所述的基于电源流变换器的超高速电磁驱动供电系统，其特征在于，所述超高速电磁驱动供电系统，其输入变压器的副边第i个绕组和其对应的输出变压器的副边第i个绕组的三相电压相位相同。8.一种基于电源流变换器的超高速电磁驱动供电系统的控制方法，其特征在于，基于权利要求1
‑
7任一项所述的基于电源流变换器的超高速电磁驱动供电系统，该方法包括：步骤S10，若超高速电磁驱动供电系统以输入变压器的副边第i个绕组线电压U
uwi
过零点为相位起始参考点，则跳转步骤S20；若超高速电磁驱动供电系统以逆变侧控制器下发的A2相电流参考值Ia相位为零时作为相位起始参考点，则跳转步骤S30；步骤S20，判断整流侧控制器下发的换相角θ的范围并执行：若线电压U
uwi
相位为θ～θ+60
°
，则第i电流源整流器的功率半导体开关Ti1导通、功率半导体开关Ti2关断、功率半导体开关Ti3关断、功率半导体开关Ti4关断、功率半导体开关Ti5关断、功率半导体开关Ti6导通；若线电压U
uwi
相位为θ+60
°
～θ+120
°
，则第i电流源整流器的功率半导体开关Ti1导通、功率半导体开关Ti2导通、功率半导体开关Ti3关断、功率半导体开关Ti4关断、功率半导体开关Ti5关断、功率半导体开关Ti6关断；若线...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵聪，李耀华，李子欣，高范强，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：