[发明专利]电气化铁路列车牵引整流系统优化调制方法

权利要求书

1.一种电气化铁路列车牵引整流系统优化调制方法，其特征在于，所述的优化调制方法包括优化开关角的离线计算以及双闭环PWM整流算法的实时控制；

所述的优化开关角的离线计算方法是：每周波产生固定的开关个数，在不同电压调制比下，改变开关角的数值，计算网侧电流的各次谐波之和；当网侧电流谐波和最低时得到的开关角为求取的最优开关角；

所述的双闭环PWM整流算法的实时控制方法是：根据给定电压的相位与幅值，得到整流单元功率器件的最优开关角的数值，由单相整流系统的控制器输出驱动相应的开关器件动作，进行在线实时控制。

2.根据权利要求1所述的电气化铁路列车牵引整流系统优化调制方法，其特征在于，所述的优化开关角的离线计算步骤为：首先确立开关角的起始值，设立优化准则进行开关角的多维寻优计算，当计算的网侧电流谐波含量之和最小时，即确立优化的开关角。

3.根据权利要求2所述的电气化铁路列车牵引整流系统优化调制方法，其特征在于，所述的确定开关角的起始值的方法为：

1）采取按照一定间隔划分网格的方法确定最初一组开关角的起始值，然后根据优化函数值确定全局最优值；

2）第一组开关角确定，将上一次寻优结果，作为下一次寻优的起始值，按照所述的方法1）然后逐次进行有约束多维寻优，得到全部优化角度；

3）当开关角较多时，采取随机产生起始角度的方法进行多次寻优，然后再对各次寻优结果比较，得到全局最优的结果。

4.根据权利要求2所述的电气化铁路列车牵引整流系统优化调制方法，其特征在于，所述的优化开关角的计算以两整流单元合成的网侧总电流谐波最小为优化目标，对整流单元的功率器件开关角进行联合寻优，步骤如下：

1）采用7脉波单极性调制的方法，即每四分之一周波内，开关动作7次；假定各开关角按大小顺序排列，计算不同开关角的傅立叶系数，得到各次电压谐波含量：

b_n：为n次谐波系数

bn=4Udnπ(cosnα1-cosnα2+cosnα3-cosnα4+cosnα5-cosnα6+cosnα7)---(1)]]>

n为谐波次数，n次谐波电流i_n的加权表达式为：

in=unnxσ=bnnxσ---(2)]]>

u_n为根据公式（1）计算得到的电压谐波分量值，x_σ为整流变压器漏感抗系数；因此，总谐波电流有效值I_dn为:

Idn=1xσΣn=2N(unn)2=1xσΣn=2N(bnn)2---(3)]]>

N为根据需要设定的计算谐波次数上限，x_σ通常为常数；

建立以谐波电流为变量的加权优化参数WTHD如下式：

WTHD=Σn=2N(bnn)2u1---(4)]]>

式中，u₁为基波电压系数，WTHD--权重总谐波畸变系数。

优化函数func表达为：

func=min(WTHD)=min(Σn=2N(unn)2u1)=min(Σn=2N(bnn)2b1)---(5)]]>

即求取加权优化准则（4）的最小值。

采用标幺值，将调制比从0到1均分为100级，每级相差0.01，在每级调制比下，改变各开关角，分别计算不同开关角下的整流系统谐波电流值，当总谐波电流最小时，得到最优的开关角；

2）将两个整流单元的功率器件开关角合并优化，建立第一整流单元1与第二整流单元2的谐波计算公式如下：

0<α1<α2<α3<α4<α5<α6<α7<π/20<α8<α9<α10<α11<α12<α13<α14<π/2b1_1=4Udπ(cosα1-cosα2+cosα3-cosα4+cosα5-cosα6+cosα7)b1_2=4Udπ(cosα8-cosα9+cosα10-cosα11+cosα12-cosα13+cosα14)b1=b1_1+b1_2bn=4Udnπ(cosnα1-cosnα2+cosnα3-cosnα4+cosnα5-cosnα6+cosnα7+cosnα8-cosnα9+cosnα10-cosnα11+cosnα12-cosnα13+cosnα14)---(6)]]>

式中，b_{1_1}为第一整流单元1的基波含量，b_{1_2}为第二整流单元2的基波含量，b₁为第一整流单元（1）与第二整流单元（2）的基波含量之和，b_n为两个整流单元的n次谐波含量之和，α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、α₆、α₇为第一整流单元（1）的开关角，α₈、α₉、α₁₀、α₁₁、α₁₂、α₁₃、α₁₄为第二整流单元（2）的开关角。