牵引变流器直流电压脉动影响抑制策略研究

发布时间：2020-10-11 11:14

　　 在电力牵引交流传动系统中,由于牵引网单相供电和单相PWM整流器的工作特性,牵引变流器直流环节的电压会产生脉动。高速动车组为实现轻量化,其牵引变流器取消了LC谐振滤波电路,导致直流环节中脉动电压无法被有效的吸收,影响牵引变流器的稳定运行。鉴于此,本文以无LC谐振滤波电路的牵引变流器为对象,研究脉动电压对牵引变流器影响的抑制策略。首先,研究了脉动电压产生的机理,并定量分析了脉动电压对网侧电流和牵引电机的影响。其次,为抑制网侧低次谐波电流,电压外环采用直流侧电压动态补偿和后置数字滤波器的方法,研究了低通滤波器、陷波器和滤波器组合的参数设计及离散方法,滤除给定电流中的脉动分量。在电流内环,根据单相PWM整流器的数学模型重新设计奇次重复控制器,同时探讨了准比例谐振控制器的相位补偿问题,并优化参数。基于内模原理的奇次重复控制器和比例谐振控制器均改善了单相PWM整流器跟踪交流信号的能力。然后,在多模式PWM调制策略中,SHEPWM技术采用在线拟合替代离线优化。基于伏秒平衡的原理,研究了牵引电机无拍频控制算法,在高载波比时,牵引逆变器采用前馈补偿,实时修正牵引逆变器触发脉宽。在低载波比时,牵引逆变器采用频率补偿,动态修正牵引逆变器的输出频率。为更好的抑制拍频现象,采用周期预测弥补PWM更新带来的延时误差。两种无拍频控制算法均抑制了脉动电压引起的拍频电流和脉动转矩。最后,在Matlab/Simulink仿真环境下搭建牵引变流器的仿真模型,对抑制网侧低次谐波电流的改进算法进行仿真分析,同时按调制模式不同,对两种无拍频控制算法进行仿真分析,通过对仿真数据的分析和对比研究,验证了本文提出方法的正确性和有效性。
【学位单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM46
【部分图文】：

２０１２年北京动车段，由于多个列车同时升弓，导致牵引网含有大量的低次谐波电流，??电网谐波污染严重，造成在同一供电区间的动车组牵引变流器无法启动［６］。因此，研宄??网侧低次电流谐波产生的机理及其抑制方法具有重要的意义。同时，中间直流环节的脉??动电压也会使牵引电机产生拍频电流和脉动转矩，还会造成噪声增大、稳定性降低等问??题。总之，牵引网电流谐波和牵引电机拍频问题都影响了电力牵引交流传动系统的运行，??不利于铁路系统的安全可靠运营，亟待解决。??相比于在直流环节并联ＬＣ谐振滤波电路来吸收脉动电压分量，无ＬＣ谐振滤波电??路的牵引变流器中，为减小中间直流环节的电压脉动，在归纳总结支撑电容器选型方法??基础上，考虑直流环节存在脉动电压的情况下，通过优化中间直流环节的支撑电容容量，??来更好的吸收脉动电压，同时提高机车空间利用率。但大容量的支撑电容并不能完??全消除脉动电压，同时也带来了一定的安全隐患。在变流器中，还有可以采用加装电力??电子器件的方式来代替ＬＣ谐振滤波电路［１１］，通过控制电力电子器件的通断，来吸收脉??动电压，消除脉动电压对网侧电流的影响，但是该方法对于牵引变流器来说，不仅占用??一定的机车空间和增加成本，而且还会增加机车的故障率，不利于列车安全高效的运行。??因此，在无ＬＣ谐振滤波电路的牵引变流器中，若能通过优化控制技术与调制策略，以??

电力牵引交流传动系统中，单相电压型ＰＷＭ整流器主要有两电平和三电平两种类??型，中国的动车组ＣＲＨ１、ＣＲＨ３、ＣＲＨ５、ＣＲＨ３８０ＢＬ和标准动车组（ＣＲ４００）都采用了??单相两电平ＰＷＭ整流器，其主电路如图２．１所示，／？Ｎ、／＾分别为网侧电阻和电感，通??常／＾值较大，不仅能滤除网侧电流中的部分谐波，还使拓扑具有升压变换的特性【６］。??Ｇｉ为直流侧支撑电容，仇为等效负载。??／ｄＪ??］一?ａ??Ｗｓ？?一Ｃｄｙｔ／ｄｃ?Ｒｌ??？?ｂ??图２．１单相两电平ＰＷＭ整流器主电路结构??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ?ｔｗｏ－ｌｅｖｅｌ?ＰＷＭ?ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ??如图２．１所示，单相两电平ＰＷＭ整流器中４个ＩＧＢＴ模块构成标准Ｈ桥结构，＆？＆??为ＩＧＢＴ模块的通断状态，当５，＝１（／?＝?１？４）时，表示导通，当＼＝０时，表示关断。由于??单相两电平ＰＷＭ整流器上下桥臂不能直通，即上下桥臂开关器件不能Ｎ时导通，因此??７??

引入负载电流前馈控制计算出网侧电流有效值／ｓ２，网侧电流有效值／ｓ２与网侧指令电流??幅值／ｓｌ叠加作为网侧给定电流的幅值／〖［４９］。为方便分析，把Ｐ１控制器简化成Ｐ控制器，??且不考虑负载电流前馈控制，可得到单相ＰＷＭ整流器的控制原理如图２．３所示。??——？?ＰＬＬ?｜三角载波??＇?ｉ?＾?？?Ｉ??丁???Ｕ，ｃ?ｈ?Ｉ??＊?—?１?Ｊ?▼?——？?ｔ?Ｃ??？?“?＼?．，」ｈ?｜?电流内环?ＳＰＷＭ?￣＾??－ＫＸＨ?ｐ?ｒ￣１ｓｍ（ｆｔ，？）?１ｊ?ｍ？??图２．３单相ＰＷＭ整流器的控制原理图??Ｆｉｇ．?２．３?Ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ?ＰＷＭ?ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ??由图２．３可知，网侧给定电流幅值／丨为??＊?Ａｉ?￣?Ｋ，ｒ（Ｕｄｃ?—Ｕｉｃ）?（２．１８）??为实现单相ＰＷＭ整流器的的位功率因数控制，需网侧电压与电流保持同相位，锁??相环控制添加后，网侧给定电流匕为??／；＊?＝?／ｓ＇?ｃｏｓ（ｃｏｔ）?＝?Ｋ
【参考文献】

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本文编号：2836512