[发明专利]一种电力机车四象限变流器电流低次谐波抑制方法

说明书

本发明属于控制领域，尤其涉及一种四象限变流器的电流谐波抑制的控制算法，具体为一种电力机车四象限变流器电流低次谐波抑制方法，该方法是一种融合于四象限控制算法中的谐波抑制方法，解决了四象限变流器电流低次谐波对变流器的控制带来的影响和对电网电能质量的污染的问题，且解决了采用软件滤波器的方法滤除低次谐波带来的影响的问题。该方法主要是对四象限变流器控制算法中增加谐波提取和抑制功能，不添加额外的硬件控制电路和器件，具有较高的适应性和灵活性，既能起到谐波抑制的目的，同时降低了设计成本。

技术领域

本发明属于控制领域，尤其涉及一种四象限变流器的电流谐波抑制的控制算法，具体为一种电力机车四象限变流器电流低次谐波抑制方法。

背景技术

四象限整流器具有高功率因数且能够实现能量的双向流动而在电力机车中广泛使用。因四象限整流器开关频率低，其交流侧电流通常具有较差的谐波特性，给供电网带来了谐波污染，从而影响供电网的电能质量及其他机车运行时的电网环境。

在实际应用中四象限变流器通常采用多种方式来降低电流谐波带来的污染，不同电力机车四象限变流器的主电路拓扑结构不同，而针对不同的主电路又有不同的谐波抑制方式。

现有技术可采用软件滤波器进行多次滤波的方法，软件滤波器的设计与开关频率密切相关，而四象限变流器开关频率较低，使得设计出的滤波器的带宽较窄，滤波器的设计存在一定的困难，当系统出现冲击时，较窄带宽的滤波器会有发散的风险，导致整个四象限变流器的控制出现问题而影响机车运行的可靠性。控制系统中，滤波器的引入会导致采样信号具有一定的幅值衰减和相位延迟，降低四象限变流器的动态响应性能。

还可采用设计硬件滤波的方法，硬件滤波通常设计在硬件板卡上，且有专门的硬件电路设计。硬件滤波具有相应速度快的优点，但器件也容易受到温度、湿度的影响，同时硬件设计也增加了经济成本。还可采用电流并联的多重化方法，电流并联的多重化通常是两重化或者四重化，其多重化的谐波抑制能力主要是针对高次谐波，而对3次、5次等低次谐波不具备谐波抑制能力。

发明内容

本发明提供了一种融合于四象限控制算法中的谐波抑制方法，解决了四象限变流器电流低次谐波对变流器的控制带来的影响和对电网电能质量的污染的问题，且解决了采用软件滤波器的方法滤除低次谐波带来的影响的问题。该方法主要是对四象限变流器控制算法中增加谐波提取和抑制功能，不添加额外的硬件控制电路和器件，具有较高的适应性和灵活性，既能起到谐波抑制的目的，同时降低了设计成本。

本发明是采用如下的技术方案实现的:一种电力机车四象限变流器电流低次谐波抑制方法，包括四象限控制算法、四象限调制算法和谐波抑制算法；

其中谐波抑制算法包括以下步骤：

将四象限变流器输入电流转换到旋转坐标系下的谐波次d轴电流和谐波次q轴电流，经过低通滤波器滤波后，得到谐波电流的d轴直流分量和q轴直流分量；

将得到的谐波电流d轴直流分量和q轴直流分量作为反馈量，与给定量构成PI控制闭环，通过闭环控制方式将谐波电流的直流分量调节为零，输出量为谐波旋转坐标下的d轴和q轴误差电压分量；

将谐波旋转坐标下的d轴和q轴误差电压分量转换到基波旋转坐标下的d轴和q轴电压谐波分量；

将基波旋转坐标下的d轴电压谐波分量相加构成基波旋转坐标下的谐波d轴电压调节总量；将基波旋转坐标下的q轴电压谐波分量相加构成基波旋转坐标下的谐波q轴电压调节总量；谐波d轴电压调节总量作为前馈项送入到四象限控制算法中的基波d轴PI控制器输出项参与运算；谐波q轴电压调节总量作为前馈项送入到四象限控制算法中的基波q轴PI控制器输出项参与运算；

四象限控制算法运算出谐波抑制功能的指令电压，将指令电压送入四象限脉冲调制模块进行四象限调制算法得到PWM脉冲，将脉冲送入四象限变流器的IGBT中。