基于硬件在环实时仿真平台的高速磁悬浮列车牵引控制策略
发布时间：2021-03-04 09:00
常导电磁吸引型磁悬浮列车采用长定子直线同步电机进行驱动,由于磁悬浮列车运行环境构建复杂、成本高,实际建设高速磁悬浮试验线存在诸多困难。为了在实验室中开展高速磁悬浮交通牵引控制策略的相关研究,搭建硬件在环实时仿真平台是非常必要的。该文介绍的基于RT-LAB仿真机的硬件在环实时仿真平台,包括背靠背型三电平变流器、长定子直线同步电机和牵引控制系统,可以验证高速磁悬浮列车牵引控制系统的性能、牵引控制策略以及系统接口等,对于掌握高速磁悬浮交通的核心技术具有重要价值。
【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(16)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
牵引系统仿真设备Fig.2Tractionsystemsimulationequipment
，并对高速磁悬浮牵引控制策略进行全面验证。首先介绍该仿真平台的结构；然后介绍高速磁悬浮列车的双端供电控制策略、换步控制策略以及无线传输模拟方法；最后在该平台上对相关控制策略进行了实验，证明了该仿真平台可以实现磁悬浮列车全速度范围的实时仿真，验证了所提牵引控制策略的有效性，表明可以通过硬件在环实时仿真平台进行牵引控制器的研发。1高速磁悬浮硬件在环实时仿真平台1.1总体结构本文所介绍的高速磁悬浮硬件在环实时仿真平台，主要包括牵引控制系统、信号调理单元和牵引仿真系统，如图1所示。牵引控制系统实现对牵引仿真系统中的变流器以及直线电机的控制，并与牵引仿真管理子系统实现数据交互。图1高速磁悬浮硬件在环实时仿真平台的组成结构Fig.1Thecompositionofthehigh-speedmaglevHILreal-timesimulationplatform牵引仿真系统包括四套高功率变流器仿真子系统和一套直线电机仿真子系统，如图2所示。四套高功率变流器仿真子系统包含四台RT-LAB的FPGA仿真机，每台FPGA仿真机对应一套高功率变流器仿真子系统。四台FPGA仿真机中有两台同时作为直线电机仿真子系统。四台FPGA仿真机分别通过图2牵引系统仿真设备Fig.2Tractionsystemsimulationequipment
榻?行通信。牵引仿真管理子系统包括WindowsPC和RT-LAB的CPU仿真机。WindowsPC通过网线与RT-LAB的CPU仿真机连接。CPU仿真机通过数据线连接到RT-LAB的Dolphin机箱。可以通过CPU仿真机实现模型开发配置、数据采集、仿真监控等功能。1.2变流器模型为了满足磁悬浮列车在多编组条件下的高速运行，此平台采用了背靠背结构的有源中点钳位型（ActiveNeutralPointClamped,ANPC）三电平变流器[13]。变流器容量为24MV·A，采用双整流双逆变共直流母线的架构，如图3所示。图3牵引变流器的简化结构Fig.3Simplifiedstructureoftractionconverter在变流器的输出侧存在两种输出模式：一种是是直接输出模式（DirectMode,DM），即两组变流器通过输出变压器一次绕组并联输出。在列车低速运行时采用此种输出模式，因为直接输出模式可以提供更大的驱动电流，以使列车获得更高的加速度；另一种输出模式是变压器模式（TransformerMode,TM），即两组变流器通过变压器串联输出，在列车高速运行时采用此种输出模式，变压器模式可以提供更大的输出电压，以克服列车高速运行时所产生的反电动势。有源中点钳位型三电平变流器的拓扑结构如图4所示。有源中点钳位型三电平变流器有效地克服了二极管中点钳位型（NeutralPointClamped,NPC）拓扑中损耗分布不均的问题，进一步提高了变流器的输出功率。变流器的控制方法采用空间矢量脉宽调制（SpaceVectorPulseWidthModulation,SVPWM）和选择性谐波消除脉宽调制（SelectiveHarmonicEliminatedPulseWidthModulation,SHEPWM）相结合的调制算法，系统开关频率为300Hz左右。OPAL-RT对电力电子器件的解?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于扩展反电动势法的长定子直线同步电机无速度传感器控制研究[J]. 张波,葛琼璇,刘金鑫,王晓新,李耀华. 电工技术学报. 2017(23)
[2]基于三电平变流器的单边可控开绕组永磁同步发电机系统控制技术[J]. 年珩,陈亮. 中国电机工程学报. 2016(22)
[3]基于RT-LAB的柔性直流配电网建模与仿真分析[J]. 于亚男,金阳忻,江全元,徐习东. 电力系统保护与控制. 2015(19)
[4]高速磁浮牵引控制系统半实物实验研究[J]. 刘金鑫,葛琼璇,王晓新,崔冬冬. 电工技术学报. 2015(14)
[5]基于RTDS的机电电磁暂态混合实时仿真及其在FACTS中的应用[J]. 李秋硕,张剑,肖湘宁,李伟,汪建. 电工技术学报. 2012(03)
[6]电力机车交流传动系统的半实物实时仿真[J]. 丁荣军,桂卫华,陈高华. 中国铁道科学. 2008(04)
[7]电力驱动系统实时控制虚拟实验平台[J]. 卢子广,柴建云,王祥珩,苏鹏生. 中国电机工程学报. 2003(04)
硕士论文
[1]基于dSPACE永磁同步电机模型参考模糊自适应方法研究[D]. 李晓庆.江南大学 2005
本文编号：3062935
【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(16)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
牵引系统仿真设备Fig.2Tractionsystemsimulationequipment
，并对高速磁悬浮牵引控制策略进行全面验证。首先介绍该仿真平台的结构；然后介绍高速磁悬浮列车的双端供电控制策略、换步控制策略以及无线传输模拟方法；最后在该平台上对相关控制策略进行了实验，证明了该仿真平台可以实现磁悬浮列车全速度范围的实时仿真，验证了所提牵引控制策略的有效性，表明可以通过硬件在环实时仿真平台进行牵引控制器的研发。1高速磁悬浮硬件在环实时仿真平台1.1总体结构本文所介绍的高速磁悬浮硬件在环实时仿真平台，主要包括牵引控制系统、信号调理单元和牵引仿真系统，如图1所示。牵引控制系统实现对牵引仿真系统中的变流器以及直线电机的控制，并与牵引仿真管理子系统实现数据交互。图1高速磁悬浮硬件在环实时仿真平台的组成结构Fig.1Thecompositionofthehigh-speedmaglevHILreal-timesimulationplatform牵引仿真系统包括四套高功率变流器仿真子系统和一套直线电机仿真子系统，如图2所示。四套高功率变流器仿真子系统包含四台RT-LAB的FPGA仿真机，每台FPGA仿真机对应一套高功率变流器仿真子系统。四台FPGA仿真机中有两台同时作为直线电机仿真子系统。四台FPGA仿真机分别通过图2牵引系统仿真设备Fig.2Tractionsystemsimulationequipment
榻?行通信。牵引仿真管理子系统包括WindowsPC和RT-LAB的CPU仿真机。WindowsPC通过网线与RT-LAB的CPU仿真机连接。CPU仿真机通过数据线连接到RT-LAB的Dolphin机箱。可以通过CPU仿真机实现模型开发配置、数据采集、仿真监控等功能。1.2变流器模型为了满足磁悬浮列车在多编组条件下的高速运行，此平台采用了背靠背结构的有源中点钳位型（ActiveNeutralPointClamped,ANPC）三电平变流器[13]。变流器容量为24MV·A，采用双整流双逆变共直流母线的架构，如图3所示。图3牵引变流器的简化结构Fig.3Simplifiedstructureoftractionconverter在变流器的输出侧存在两种输出模式：一种是是直接输出模式（DirectMode,DM），即两组变流器通过输出变压器一次绕组并联输出。在列车低速运行时采用此种输出模式，因为直接输出模式可以提供更大的驱动电流，以使列车获得更高的加速度；另一种输出模式是变压器模式（TransformerMode,TM），即两组变流器通过变压器串联输出，在列车高速运行时采用此种输出模式，变压器模式可以提供更大的输出电压，以克服列车高速运行时所产生的反电动势。有源中点钳位型三电平变流器的拓扑结构如图4所示。有源中点钳位型三电平变流器有效地克服了二极管中点钳位型（NeutralPointClamped,NPC）拓扑中损耗分布不均的问题，进一步提高了变流器的输出功率。变流器的控制方法采用空间矢量脉宽调制（SpaceVectorPulseWidthModulation,SVPWM）和选择性谐波消除脉宽调制（SelectiveHarmonicEliminatedPulseWidthModulation,SHEPWM）相结合的调制算法，系统开关频率为300Hz左右。OPAL-RT对电力电子器件的解?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于扩展反电动势法的长定子直线同步电机无速度传感器控制研究[J]. 张波,葛琼璇,刘金鑫,王晓新,李耀华. 电工技术学报. 2017(23)
[2]基于三电平变流器的单边可控开绕组永磁同步发电机系统控制技术[J]. 年珩,陈亮. 中国电机工程学报. 2016(22)
[3]基于RT-LAB的柔性直流配电网建模与仿真分析[J]. 于亚男,金阳忻,江全元,徐习东. 电力系统保护与控制. 2015(19)
[4]高速磁浮牵引控制系统半实物实验研究[J]. 刘金鑫,葛琼璇,王晓新,崔冬冬. 电工技术学报. 2015(14)
[5]基于RTDS的机电电磁暂态混合实时仿真及其在FACTS中的应用[J]. 李秋硕,张剑,肖湘宁,李伟,汪建. 电工技术学报. 2012(03)
[6]电力机车交流传动系统的半实物实时仿真[J]. 丁荣军,桂卫华,陈高华. 中国铁道科学. 2008(04)
[7]电力驱动系统实时控制虚拟实验平台[J]. 卢子广,柴建云,王祥珩,苏鹏生. 中国电机工程学报. 2003(04)
硕士论文
[1]基于dSPACE永磁同步电机模型参考模糊自适应方法研究[D]. 李晓庆.江南大学 2005
本文编号：3062935
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