一种CRH5型动车组电路阻抗建模方法、系统及设备技术方案

本发明专利技术公开了一种CRH5型动车组电路阻抗建模方法、系统及设备，涉及动车组阻抗建模领域，本申请通过CRH5型动车组直流侧的逆变器的状态方程，得到三相定子电流，然后利用三相定子电流和三相半桥上桥臂开关的占空比的乘积得到直流侧的直流电流，负载电阻的电阻值是基于等效后的并联电路的功率平衡关系得出的，然后依次确定出等效后的并联电路的电流源的电流值，然后以所计算的电阻值和电流值在结合CRH5型动车组的整流器的电气参数得到状态变量稳态值，再依据状态变量稳态值确定最终的电路阻抗模型，以此解决了现有动车组阻抗模型不准确的问题，对CRH5型的车网系统低频振荡、谐波谐振和谐波不稳定分析提供了更精确的理论基础。基础。基础。

【技术实现步骤摘要】
一种CRH5型动车组电路阻抗建模方法、系统及设备


[0001]本专利技术涉及一种动车组阻抗建模领域，更具体地说，它涉及一种CRH5型动车组电路阻抗建模方法、系统及设备。

技术介绍

[0002]牵引交流传动系统主要包含牵引整流器、中间直流环节、牵引逆变器和牵引电机等主要部件。CRH5型动车组多车变流器与牵引网的交互影响，造成了低频振荡、谐波谐振以及谐波不稳定的问题，不仅会危害牵引网和机车高压设备，还会导致牵引封锁。建立准确的仿真与数学模型，揭示低频振荡、谐波谐振和谐波不稳定机理有着非常重要的意义。阻抗分析法是目前车网系统稳定性主流的分析方法。
[0003]现有技术主要从dq系阻抗建模和谐波线性化阻抗建模两方面对车网系统稳定性进行分析。其中，dq系阻抗建模的方法基于整流器主电路的状态空间模型，从而建立整流器小信号阻抗模型，并且考虑控制电路中的电流环、电压环、锁相环以及广义二阶积分器等。然而，由于在分析低频振荡时，机车处于升弓整备状态，并没有向前运行，因此，该类方法将牵引逆变器和电机等效为直流电阻，根据经验赋予直流电阻一个具体的电阻值，并未给出明确的电阻计算公式。基于谐波线性化的方法，该类方法利用谐波线性化建立正负镜像频率阻抗模型，或者采用多重谐波线性化的方法建立高阶阻抗模型，从而实现对车网稳定性的分析，同样，该方法仍然将牵引逆变器和电机等效为直流电阻，根据经验赋予直流电阻一个具体的电阻值，并未给出明确的电阻计算公式。
[0004]综上，纵观现有的阻抗建模方法，基于dq系的建模和谐波线性化的建模方法本身已经比较成熟，但其建模过程将牵引逆变器和电机等效为直流电阻，但并未给出明确的电阻计算公式，只是人为经验进行取值，这将影响稳定性分析的准确性。因此，有必要建立精确的牵引逆变器和电机的等效电路模型，从而建立完整的CRH5型动车组电阻阻抗模型，提高稳定性分析的准确性。

技术实现思路

[0005]本申请为了解决现有技术中所等效的电阻只是经验进行取值，并未给出明确的电阻确定方法，这将影响稳定性分析的准确性，本专利技术的目的是提供一种CRH5型动车组电路阻抗建模方法、系统及设备，本申请通过CRH5型动车组直流侧的逆变器的状态方程，得到三相定子电流，然后利用三相定子电流和三相半桥上桥臂开关的占空比的乘积得到直流侧的直流电流，通过等效后的并联电路的功率平衡关系计算出负载电阻的电阻值，在基于直流电流和电阻值确定等效并联电路的电流源的电流值，结合电阻值、电流值和整流器的电气参数建立整流器的状态方程，通过逆park变换得到dq轴的主电路状态方程，确定在车网系统处于稳态时状态变量稳态值，最后置零扰动和导出对应扰动的传输矩阵，得到最终的CRH5型动车组主电路阻抗模型。本申请中，负载电阻的电阻值是基于等效后的并联电路的功率平衡关系得出的，然后依次确定出等效后的并联电路的电流源的电流值，然后以所计
算的电阻值和电流值在结合CRH5型动车组的牵引交流传动系统的整流器的电气参数得到状态变量稳态值，再依据状态变量稳态值确定最终的阻抗模型，故此本申请解决了现有动车组阻抗模型不准确的问题，对CRH5型的车网系统低频振荡、谐波谐振和谐波不稳定分析提供了更精确的理论基础。
[0006]本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0007]第一方面，本申请提供了一种CRH5型动车组电路阻抗建模方法，包括：
[0008]构建CRH5型动车组直流侧的逆变器的三相逆变电路的状态方程，并求解逆变器的状态方程，得到三相逆变电路的三相定子电流；
[0009]根据所述三相定子电流和三相半桥上桥臂开关的占空比的乘积得到CRH5型动车组直流侧的直流电流；
[0010]将逆变器的三相逆变电路和牵引电机等效为一个负载电阻和电流源的并联电路，依据所述并联电路的功率平衡关系计算所述并联电路的负载电阻的电阻值，根据所述直流电流和电阻值确定并联电路的电流源的电流值；
[0011]基于所述电阻值、电流值以及整流器的电气参数建立整流器的状态方程，基于逆park变换将整流器的状态方程变换到dq轴，得到dq轴的整流器的主电路状态方程；
[0012]由dq轴的整流器的主电路状态方程确定在车网系统处于稳态时整流器的状态变量稳态值；
[0013]将所述状态变量稳态值的输入电压矢量的扰动和输入占空比矢量的扰动置零并导出对应的传递函数矩阵，得到CRH5型动车组主电路拓扑的电路阻抗模型。
[0014]在一种实施方案中，所述三相定子电流的计算式为：i
k
＝A
k
e
‑
t/τ
+Isin(α
k
‑
γ)，其中，τ为时间常数，且τ＝L
e
/R
e
，R
e
表示牵引电机的每相等效电阻，L
e
表示牵引电机的每相等效电感， k表示电网的ABC三相，γ表示三相电流相移，I为三相电流幅值，α
k
表示基准相位，A
k
表示暂态分量初始值，t表示时间。
[0015]在一种实施方案中，所述CRH5型动车组直流侧的直流电流的计算式为I为三相电流幅值，t表示时间，γ表示三相电流相移，τ为时间常数，且τ＝L
e
/R
e
，R
e
表示牵引电机的每相等效电阻，L
e
表示牵引电机的每相等效电感。
[0016]在一种实施方式中，将逆变器的三相逆变电路和牵引电机等效为一个负载电阻和电流源的并联电路，依据所述并联电路的功率平衡关系计算所述并联电路的负载电阻的电阻值，根据所述直流电流和电阻值确定并联电路的电流源的电流值，具体过程为：
[0017]基于并联电路的等效原理，利用功率平衡关系得到所述并联电路的负载电阻的电阻值R
e
表示牵引电机的每相等效电阻，L
e
表示牵引电机的每相等效电感， m为逆变器的调制系数；
[0018]基于基尔霍夫电流定律得到并联电路的电流源的电流值的关系式为U
dc
表示直流侧电压的稳态值，i
dc
表示直流侧的直流电流；
[0019]基于等效电阻、直流电流和直流侧电压的稳态值得到并联电路的电流源的电流值为，如下：
[0020]ω
e
为电机的定子三相电流频率。
[0021]在一种实施方案中，所述状态变量稳态值的计算式为：其中，E
d
，I
d
，E
q
，I
q
，D
d
和D
q
分别表示e
d
，i
d
，e
q
和i
q
，d
d
和d
q
的稳态值，e
d
、i
d
分别表示 d轴的电压、电流，e
q
、i
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CRH5型动车组电路阻抗建模方法，其特征在于，包括：构建CRH5型动车组直流侧的逆变器的三相逆变电路的状态方程，并求解逆变器的状态方程，得到三相逆变电路的三相定子电流；根据所述三相定子电流和三相半桥上桥臂开关的占空比的乘积得到CRH5型动车组直流侧的直流电流；将逆变器的三相逆变电路和牵引电机等效为一个负载电阻和电流源的并联电路，依据所述并联电路的功率平衡关系计算所述并联电路的负载电阻的电阻值，根据所述直流电流和电阻值确定并联电路的电流源的电流值；基于所述电阻值、电流值以及整流器的电气参数建立整流器的状态方程，基于逆park变换将整流器的状态方程变换到dq轴，得到dq轴的整流器的主电路状态方程；由dq轴的整流器的主电路状态方程确定在车网系统处于稳态时整流器的状态变量稳态值；将所述状态变量稳态值的输入电压矢量的扰动和输入占空比矢量的扰动置零并导出对应的传递函数矩阵，得到CRH5型动车组主电路拓扑的电路阻抗模型。2.根据权利要求1所述的一种CRH5型动车组电路阻抗建模方法，其特征在于，所述三相定子电流的计算式为：i
k
＝A
k
e
‑
t/τ
+Isin(α
k
‑
γ)，其中，τ为时间常数，且τ＝L
e
/R
e
，R
e
表示牵引电机的每相等效电阻，L
e
表示牵引电机的每相等效电感，k表示电网的ABC三相，γ表示三相电流相移，I为三相电流幅值，α
k
表示基准相位，A
k
表示暂态分量初始值，t表示时间。3.根据权利要求1所述的一种CRH5型动车组电路阻抗建模方法，其特征在于，所述CRH5型动车组直流侧的直流电流的计算式为I为三相电流幅值，t表示时间，γ表示三相电流相移，τ为时间常数，且τ＝L
e
/R
e
，R
e
表示牵引电机的每相等效电阻，L
e
表示牵引电机的每相等效电感。4.根据权利要求1所述的一种CRH5型动车组电路阻抗建模方法，其特征在于，将逆变器的三相逆变电路和牵引电机等效为一个负载电阻和电流源的并联电路，依据所述并联电路的功率平衡关系计算所述并联电路的负载电阻的电阻值，根据所述直流电流和电阻值确定并联电路的电流源的电流值，具体过程为：基于并联电路的等效原理，利用功率平衡关系得到所述并联电路的负载电阻的电阻值R
e
表示牵引电机的每相等效电阻，L
e
表示牵引电机的每相等效电感，m为逆变器的调制系数；基于基尔霍夫电流定律得到并联电路的电流源的电流值的关系式为U
dc
表示直流侧电压的稳态值，i
dc
表示直流侧的直流电流；基于等效电阻、直流电流和直流侧电压的稳态值得到并联电路的电流源的电流值为，如下：
ω
e
为电机的定子三相电流频率。5.根据权利要求1所述的一种CRH5型动车组电路阻抗建模方法，其特征在于，所述状态变量稳态值的计算式为：其中，E
d
，I
d
，E
q
，I
q
，D
d
和D
q
分别表示e
d
，i
d
，e
q
和i
q
，d
d
和d
q
的稳态值，e
d
、i
d
分别表示d轴的电压、电流，e
q
、i
q
分别表示q轴的电压、电流，d
d
、d
q
分别表示d轴占空比、q轴占空比，ω1表示交流电流频率，L
n
表示车载变压器等效电感，R
n
表示车载变压器等效电阻，U
dc
表示直流侧电压的稳态值，R
d
表示负载电阻的电阻值。6.根据权利要求1所述的一种CRH5型动车组电路阻抗建模方法，其特征在于，所述电路阻抗模型的数学模型为：其中，Z
in_ol
为开环阻抗，G
id
为到的传输矩阵，G
ue
为到的传输矩阵，G
ud
为到的传输矩阵，E
d
，I...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘嘉蔚，李旻，王云玲，苟竞，苏韵掣，刘方，李婷，刘莹，张乔，张炜璐，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：