[发明专利]抑制牵引变流器直流母线电压振荡的方法、装置及牵引系统

说明书

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，尤其涉及一种抑制牵引变流器直流母线电压振荡的方法、装置及牵引系统。

背景技术

牵引系统是地铁和轻轨车辆中的核心，该系统主要由LC滤波单元、牵引变流器、电机三大部分以及其他电气部件共同构成。牵引变流器从外部接触网或者接触轨获得能量，经过LC滤波单元得到稳定的直流母线电压，通过逆变或整流输出相应的变频变压交流电，使电机工作在牵引状态或者电制动状态。当系统内的LC谐振滤波器参数不匹配、电机控制算法参数改变时，均有可能引起牵引变流器前端母线电压的振荡，进而会导致电机输出转矩的异常波动，影响列车的舒适度；严重时牵引变流器会因过压、欠压、过流等而停机保护；甚至导致供电所跳闸，区间停电，影响线路运营。

目前，异步感应电机与永磁同步电机相比依然存在成本低、故障率低、维护方便等优势，因此在轨道交通中所占比重很大。近些年，异步电机控制由早期动态性能较差的标量(V/F)控制逐步发展到直接转矩控制(DTC)和矢量控制(FOC)。对比传统的标量控制，采用矢量控制，电机的动态响应及对转矩的控制精度更高，可以直接提高列车整体的性能及舒适度。实际运用中，采用矢量控制的电机控制策略时，母线电压振荡的情况更为明显。因此，为了更好地运用矢量控制策略，必须要有效地抑制住母线电压振荡的发生。

现有技术主要是通过斩波电路来抑制母线电压振荡，该方法通过在控制程序中将实际母线电压与预设的母线电压限值进行比较，当实际母线电压超过限值后，将差值送入比例积分(PI)调节器得到斩波占空比，然后开启斩波电路抑制母线电压振荡的发散，并通过制动电阻释放一部分能量；若低于限值，则初始化相关变量，不使能斩波电路。由于母线电压的振荡会发生在特定转速区间，若当车辆长时间在该转速区间内工作在牵引状态，斩波电路需较长时间工作以抑制母线电压振荡的发散，同时需要通过制动电阻消耗大量的能量，而制动电阻消耗能量的方式是将这些能量转变为热量，最终会导致制动电阻过热，严重时会引起牵引变流器停机甚至烧损制动电阻。因此，虽然斩波方式可以抑制母线电压振荡的发散，但是并不能从根本上抑制母线电压振荡的发生，只能将母线电压维持不超过限值。由于电机控制性能受母线电压影响较大，母线电压不稳会导致电机转矩波动，引起车辆抖动等问题。

现有技术还有一种方法是根据母线电压修正电机转矩给定来解决母线电压不稳导致电机转矩波动，进而引起车辆抖动的问题。根据母线电压瞬时值修正电机转矩给定，如式(1)所示。

其中u_dc为母线电压瞬时值，U_d0为母线电压滤波值，ρ为调节系数，T_ref为电机转矩给定，为电机实际转矩。该方法是基于能够实时修正电机转矩给定来解决电机转矩波动引起的车辆抖动问题，但是若电机实际转矩和转矩给定存在延时，则无法实现实时修正电机转矩给定，导致系统振荡逐步发散，进而影响电机转矩平稳输出以及牵引系统稳定。

发明内容

本发明提供一种抑制牵引变流器直流母线电压振荡的方法、装置及牵引系统，用于解决现有技术中无法有效抑制牵引变流器母线电压振荡的问题。

本发明的第一个方面是提供一种抑制牵引变流器母线电压振荡的方法，包括：

获取母线电压的振荡分量；

将所述母线电压的振荡分量作为相位超前环节的输入，获得所述相位超前环节输出的电流前馈控制补偿量；

通过计算电机给定电流矢量的转矩分量和所述电流前馈控制补偿量之和，对所述电机给定电流矢量的转矩分量进行修正，获得修正后的电机给定电流矢量的转矩分量；

根据修正后的电机给定电流矢量的转矩分量、电机给定电流矢量的励磁分量和电机实际电流矢量的转矩分量和励磁分量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量；

根据所述电机电压矢量，通过进行脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)，获得牵引变流器的驱动信号；

利用所述驱动信号驱动所述牵引变流器，以使所述牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为所述电机提供电压。

本发明的第二个方面是提供一种抑制牵引变流器母线电压振荡的装置，包括：

振荡模块，用于获取母线电压的振荡分量；

相位超前环节，用于将所述振荡模块获得的母线电压的振荡分量作为自身的输入，输出电流前馈控制补偿量；