一种铁路功率调节器的直流侧电压纹波控制方法

摘要

本发明公开了一种铁路功率调节器的直流侧电压纹波控制方法。根据铁路功率调节器的交直流侧的功率平衡原理，可推知铁路功率调节器的直流侧电压存在着二次纹波电压，电压纹波的大小与交流测功率的波动有关。如果将该二次纹波电压引入到直流侧电压控制环中，将会输出一个三次谐波的指令信号，会使铁路功率调节器输出三次谐波电流，将会引起装置的异常运行。本发明提出了一种直流侧电压纹波的控制方法，通过对铁路功率调节器的功率平衡模型的分析，可以推出直流侧二次电压纹波的大小，故此可以在电压控制环上叠加一个相反的二次电压纹波分量，消除其影响，实现装置的正常稳定运行。

主权项

一种铁路功率调节器的直流侧电压纹波控制方法，包括铁路功率调节器，所述铁路功率调节器包括两个单相降压变压器和两个H桥单相逆变模块，所述两个H桥单相逆变模块通过一个直流侧电容连接成背靠背结构；所述两个H桥单相逆变模块的交流侧分别通过一个滤波电感与所述两个单相降压变压器副边连接，所述两个单相降压变压器的原边分别与V/V牵引变压器两个单相牵引供电臂连接，其特征在于，该方法为：1)检测得到直流侧电压u_dc，将直流侧电压u_dc与参考信号U_ref作差，得到误差信号△u_dc；2)根据交直流侧功率平衡的原理，计算得到直流侧二次电压纹波为3)将误差信号△u_dc减去直流侧电压二次纹波得到直流侧电压的直流变换量△U_dc；4)将直流变换量△U_dc送入PI控制器调节之后，输出一个电压调节信号△I_out；5)将电压调节信号△I_out分别乘以两牵引供电臂的同步信号sin(wt‑30°)和sin(wt‑90°)，然后根据V/V牵引变压器负序补偿原理计算两相H桥单相逆变模块的负序电流补偿参考信号i_mα、i_mβ，并将负序电流补偿参考信号i_mα，i_mβ分别与△I_outsin(wt‑30°)，△I_outsin(wt‑90°)叠加，得到电压外环输出的电流信号i_αr和i_βr；6)将电压外环输出的电流信号i_αr和i_βr分别与铁路功率调节器α，β两相H桥单相逆变模块输出电流i_Cα和i_Cβ相减，得到电流内环的跟踪误差信号e_α和e_β；7)将电流内环的跟踪误差信号e_α和e_β送入内环PI调节器，得到铁路功率调节器α，β两相H桥单相逆变模块的调制波信号u_α和u_β；8)将调制波信号u_α和u_β送入PWM调制单元，进行SPWM调制，得到铁路功率调节器α，β两相H桥单相逆变模块的开关驱动信号，驱动功率开关管输出期望的电压电流；所述步骤2)中，直流侧二次电压纹波的计算步骤如下：1)根据铁路功率调节器的负序电流补偿参考信号、牵引供电臂的电压以及滤波电感的电感值L，计算出铁路功率调节器的交流侧二次脉动总功率P_z：$\begin{array}{c}{P}_z=-U{I}_P\cos 2(\mathrm{wt}+{\theta }_{\alpha })/2+{\mathrm{UI}}_P\cos 2(\mathrm{wt}+{\theta }_{\beta })/2-{\mathrm{UI}}_{\mathrm{Q\alpha }}\cos (2\mathrm{wt}+2{\theta }_{\alpha }+90)/2\\ -{\mathrm{UI}}_{\mathrm{Q\beta }}\cos (2\mathrm{wt}+2{\theta }_{\beta }-90)/2+\mathrm{wL}[I_P{I}_{\mathrm{Q\alpha }}\cos (2\mathrm{wt}+2{\theta }_{\alpha })-\frac{(I_P^2-I_{\mathrm{Q\alpha }}^2)}{2}\cos (2\mathrm{wt}+2{\theta }_{\alpha }+90)]\\ -\mathrm{wL}[I_P{I}_{\mathrm{Q\beta }}\cos (2\mathrm{wt}+2{\theta }_{\beta })-\frac{I_P^2}{2}\cos (2\mathrm{wt}+2{\theta }_{\beta }+90)-\frac{I_{\mathrm{Q\beta }}^2}{2}\cos (2\mathrm{wt}+2{\theta }_{\beta }-90)]\end{array}$其中，U表示牵引供电臂的电网电压的幅值，w表示电网基波角频率，θ_α和θ_β分别表示α，β两相牵引供电臂电压的相角，I_P表示铁路功率调节器转移有功电流的幅值，I_Qα和I_Qβ分别表示铁路功率调节器α，β是两相H桥单相逆变模块补偿的无功电流的幅值；2)直流侧二次电压纹波的幅值δ和相角的表达式如下:其中，F_z和θ_z分别为铁路功率调节器的交流侧二次脉动总功率P_z的幅值和相角，C为直流侧电容值，U_d为直流侧电压的直流分量。