[发明专利]一种轨道交通三电平辅助变流器模型预测控制系统和方法

说明书

本发明公开了一种轨道交通三电平辅助变流器模型预测控制系统和方法，通过采样当前时刻信号，经过一系列处理得到不同开关状态下不同的下一时刻预测信号，分别与给定的参考信号进行比较，定义损失函数等于预测信号与参考信号差值的绝对值，选择损失函数最小时的开关状态作为控制信号，实现了系统输出电压一直跟随参考电压变化，不受负载变化影响的实验效果，也就是不间断电源的效果，具有控制效果好、鲁棒性强等优点，可有效地克服过程的不确定性、非线性和并联性，并能方便的处理过程被控变量和操纵变量中的各种约束，能够给轨道交通机电系统用电设备提供高质量的、不间断电源，保证用电设备正常工作，保证列车安全高效运营。

技术领域

本发明涉及电子电力领域，具体地涉及一种轨道交通三电平辅助变流器模型预测控制系统和方法。

背景技术

由于城市化的不断加快，使得城市中的人口流动性变得越来越大，城市交通压力越来越大。传统的公交系统的承载能力被快速达到瓶颈，与此同时车流的增加使得交通拥堵的频率增加，出勤效率大大降低。

而高速铁路、轻轨、磁悬浮等交通工具则为长途出行人群提供更快、更舒适、适应面更广的出行方式，城市轨道交通的出现不仅提高了城市土地集约化利用程度，减小人们的出行成本，提高人们的出行效率，还减少了汽车尾气排放，降低噪声污染，符合绿色环保的要求。

辅助变流器是轨道交通车辆上非常重要的组成部分，主要功能是将第三轨750V的直流电逆变为380V的交流电，为空调机组、电加热器、通风设备等三相负载和客室照明系统及控制系统设备供电。辅助变流器中的电力电子开关器件由晶闸管(SCR)经历大功率晶体管(GTR、BJT)和门极关断晶闸管(GTO)发展为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，大大提高了辅助变流器的可靠性。中高电压等级应用场合对功率变流器提出很高的要求，由于功率器件的耐受电压和开关频率受限，传统的两电平变流器无法满足此要求。从1980年D.A.Nbaea等人提出三电平变流器之后，多电平变流器广泛应用到高电压、大功率的变频调速系统之中。多电平变流器的结构不仅让系统中功率器件(如：IGBT)的承受电压有所降低，而且减少了变流器输出波形中的谐波含量，提高波形质量。

随着有高电压、大电流等特点的功率器件出现，采用这种结构的变流器也得到越来越广泛的应用。多电平变流器可以降低各元器件承受电压，有输出电压等级高、输出容量大、输出谐波含量少等优点，但其同时有结构较为复杂，器件较多，控制困难等缺点。如，传统轨道交通三电平辅助变流器的控制是通过比例积分(PI)控制器+PWM控制，而选择合适的PI参数需要大量的实验，同时传统的PI控制器+PWM控制方法动态性能慢。

发明内容

本发明提供了一种轨道交通三电平辅助变流器模型预测控制系统和方法，实现了系统输出电压一直跟随参考电压变化，不受负载变化影响的实验效果，也就是不间断电源的效果。