电力机车四象限变流器宽频抗扰控制方法研究
发布时间：2021-07-14 16:19
为了提高电力机车四象限变流器抗扰动性能,提高其对铁路供电频率变化、电网谐波含量高的适应能力,提出了一种四象限变流器宽频抗扰控制方法。通过优化电流环控制器和锁相环控制策略,在保证动态性能和稳态精度的基础上,增强了控制方法对电网频率变化的鲁棒性,具有较高的系统可靠性及良好的谐波特性。所采用的宽频抗扰控制方法完成了仿真分析和大功率试验,仿真和试验结果验证了所使用方法的有效性。
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(11)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图２间接矢量控制算法框图??Ｆｉｇ．?２?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｉｎｄｉｒｅｃｔ?ｖｅｃｔｏｒ?ｃｏｎｔｒｏｌ??
象限变流器中选??取为电网基频角频率，即（ｙ１?＝?（２ｉｒｘ５０）?ｒａｄ＊ｓ－１；／ＣＰ和尺ｕ分??别为ＰＲ调节器的比例系数和谐振系数。??为减弱频率变化对控制器性能的影响，需要??对ＰＲ控制器进行优化设计，其主要思路是在不??影响基频点响应的同时尽量扩展基频谐振点附近??频率的响应带宽，使其在基频（５０±３）?Ｈｚ附近具??有较高的增益，在其他频段时表现为高阻抗特性。??ＰＲ控制器优化的主要手段是对Ａ：Ｐ，?Ａ参数进行??合理设计和选择，不同参数下ＰＲ控制器波特图??如图３所示，可见心主要影响频率响应的宽度，心??主要影响频率响应的衰减幅度。??图３不同Ａ：ｐ，Ａ：ｒＴＰＲ控制器的波特图??Ｆｉｇ．?３?Ｂｏｄｅ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆ?ＰＲ?ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ＫＰ?＆??通过对ＰＲ控制器的参数进行优化，选择合适??的心，心参数，可大幅减弱频率变化对控制器性??能的影响。优化后ＰＲ控制器的波特图见图４，其??在５３?Ｈｚ和４７?Ｈｚ处幅频响应均在２０?ｄＢ以上，相??频响应在８８°以上，具有较高幅频响应和相频响应。??Ｉ??ｒｒ＋－ｉ??ＡＴ??．??１０２?丨?０４?１０６??ｗ／ｒａｄ?＂Ｓ＿１??Ｆｉｇ．?２?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｉｎｄｉｒｅｃｔ?ｖｅｃｔｏｒ?ｃｏｎｔｒｏｌ??电压外环采用ＰＩ控制器对中间直流母线电??压进行控制，使其实际值达到给定指令值；电流内??环采用ＰＲ控制器对交流侧电流进行无误差控??制；锁相环获取电网相位，用于构成电流内环指令??值与电网相位同步，使得四象限变流器功率因数??为１；脉冲调制将调制波转换为脉冲传至高压侧?
抗特性。??ＰＲ控制器优化的主要手段是对Ａ：Ｐ，?Ａ参数进行??合理设计和选择，不同参数下ＰＲ控制器波特图??如图３所示，可见心主要影响频率响应的宽度，心??主要影响频率响应的衰减幅度。??图３不同Ａ：ｐ，Ａ：ｒＴＰＲ控制器的波特图??Ｆｉｇ．?３?Ｂｏｄｅ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆ?ＰＲ?ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ＫＰ?＆??通过对ＰＲ控制器的参数进行优化，选择合适??的心，心参数，可大幅减弱频率变化对控制器性??能的影响。优化后ＰＲ控制器的波特图见图４，其??在５３?Ｈｚ和４７?Ｈｚ处幅频响应均在２０?ｄＢ以上，相??频响应在８８°以上，具有较高幅频响应和相频响应。??Ｉ??ｒｒ＋－ｉ??ＡＴ??．??１０２?丨?０４?１０６??ｗ／ｒａｄ?＂Ｓ＿１??Ｆｉｇ．?２?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｉｎｄｉｒｅｃｔ?ｖｅｃｔｏｒ?ｃｏｎｔｒｏｌ??电压外环采用ＰＩ控制器对中间直流母线电??压进行控制，使其实际值达到给定指令值；电流内??环采用ＰＲ控制器对交流侧电流进行无误差控??制；锁相环获取电网相位，用于构成电流内环指令??值与电网相位同步，使得四象限变流器功率因数??为１；脉冲调制将调制波转换为脉冲传至高压侧??进行控制。??３．１?ＰＲ控制器宽频抗扰设计??电流内环ＰＲ控制器是一种谐振控制器，对谐??振频率处的信号能够进行增益为１的无误差跟??图４优化后ＰＲ控制器的波特图??Ｆｉｇ．?４?Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ?Ｂｏｄｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＰＲ?ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ??３．２锁相环控制方法??四象限变流器开关频率较低，在电网频率变化??范围较宽工况下，单纯依靠时钟计
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于滞环的四象限整流器间接电流解耦控制[J]. 杨畅,范惊京,程善美. 电力电子技术. 2017(11)
[2]大功率机车牵引四象限变流器解耦控制方案[J]. 范声芳,熊健,张凯,何立群,赵文才. 中国电机工程学报. 2012(21)
[3]基于DSP的四象限变流器瞬态直接电流控制研究[J]. 代云中,许建平,杨平,张斐. 电力电子技术. 2010(08)
[4]基于状态观测器的PWM整流器电流环无差拍控制技术[J]. 李春龙,沈颂华,卢家林,张建荣,白小青,石涛. 电工技术学报. 2006(12)
本文编号：3284481
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(11)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图２间接矢量控制算法框图??Ｆｉｇ．?２?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｉｎｄｉｒｅｃｔ?ｖｅｃｔｏｒ?ｃｏｎｔｒｏｌ??
象限变流器中选??取为电网基频角频率，即（ｙ１?＝?（２ｉｒｘ５０）?ｒａｄ＊ｓ－１；／ＣＰ和尺ｕ分??别为ＰＲ调节器的比例系数和谐振系数。??为减弱频率变化对控制器性能的影响，需要??对ＰＲ控制器进行优化设计，其主要思路是在不??影响基频点响应的同时尽量扩展基频谐振点附近??频率的响应带宽，使其在基频（５０±３）?Ｈｚ附近具??有较高的增益，在其他频段时表现为高阻抗特性。??ＰＲ控制器优化的主要手段是对Ａ：Ｐ，?Ａ参数进行??合理设计和选择，不同参数下ＰＲ控制器波特图??如图３所示，可见心主要影响频率响应的宽度，心??主要影响频率响应的衰减幅度。??图３不同Ａ：ｐ，Ａ：ｒＴＰＲ控制器的波特图??Ｆｉｇ．?３?Ｂｏｄｅ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆ?ＰＲ?ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ＫＰ?＆??通过对ＰＲ控制器的参数进行优化，选择合适??的心，心参数，可大幅减弱频率变化对控制器性??能的影响。优化后ＰＲ控制器的波特图见图４，其??在５３?Ｈｚ和４７?Ｈｚ处幅频响应均在２０?ｄＢ以上，相??频响应在８８°以上，具有较高幅频响应和相频响应。??Ｉ??ｒｒ＋－ｉ??ＡＴ??．??１０２?丨?０４?１０６??ｗ／ｒａｄ?＂Ｓ＿１??Ｆｉｇ．?２?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｉｎｄｉｒｅｃｔ?ｖｅｃｔｏｒ?ｃｏｎｔｒｏｌ??电压外环采用ＰＩ控制器对中间直流母线电??压进行控制，使其实际值达到给定指令值；电流内??环采用ＰＲ控制器对交流侧电流进行无误差控??制；锁相环获取电网相位，用于构成电流内环指令??值与电网相位同步，使得四象限变流器功率因数??为１；脉冲调制将调制波转换为脉冲传至高压侧?
抗特性。??ＰＲ控制器优化的主要手段是对Ａ：Ｐ，?Ａ参数进行??合理设计和选择，不同参数下ＰＲ控制器波特图??如图３所示，可见心主要影响频率响应的宽度，心??主要影响频率响应的衰减幅度。??图３不同Ａ：ｐ，Ａ：ｒＴＰＲ控制器的波特图??Ｆｉｇ．?３?Ｂｏｄｅ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆ?ＰＲ?ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ＫＰ?＆??通过对ＰＲ控制器的参数进行优化，选择合适??的心，心参数，可大幅减弱频率变化对控制器性??能的影响。优化后ＰＲ控制器的波特图见图４，其??在５３?Ｈｚ和４７?Ｈｚ处幅频响应均在２０?ｄＢ以上，相??频响应在８８°以上，具有较高幅频响应和相频响应。??Ｉ??ｒｒ＋－ｉ??ＡＴ??．??１０２?丨?０４?１０６??ｗ／ｒａｄ?＂Ｓ＿１??Ｆｉｇ．?２?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｉｎｄｉｒｅｃｔ?ｖｅｃｔｏｒ?ｃｏｎｔｒｏｌ??电压外环采用ＰＩ控制器对中间直流母线电??压进行控制，使其实际值达到给定指令值；电流内??环采用ＰＲ控制器对交流侧电流进行无误差控??制；锁相环获取电网相位，用于构成电流内环指令??值与电网相位同步，使得四象限变流器功率因数??为１；脉冲调制将调制波转换为脉冲传至高压侧??进行控制。??３．１?ＰＲ控制器宽频抗扰设计??电流内环ＰＲ控制器是一种谐振控制器，对谐??振频率处的信号能够进行增益为１的无误差跟??图４优化后ＰＲ控制器的波特图??Ｆｉｇ．?４?Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ?Ｂｏｄｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＰＲ?ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ??３．２锁相环控制方法??四象限变流器开关频率较低，在电网频率变化??范围较宽工况下，单纯依靠时钟计
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于滞环的四象限整流器间接电流解耦控制[J]. 杨畅,范惊京,程善美. 电力电子技术. 2017(11)
[2]大功率机车牵引四象限变流器解耦控制方案[J]. 范声芳,熊健,张凯,何立群,赵文才. 中国电机工程学报. 2012(21)
[3]基于DSP的四象限变流器瞬态直接电流控制研究[J]. 代云中,许建平,杨平,张斐. 电力电子技术. 2010(08)
[4]基于状态观测器的PWM整流器电流环无差拍控制技术[J]. 李春龙,沈颂华,卢家林,张建荣,白小青,石涛. 电工技术学报. 2006(12)
本文编号：3284481
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