阅读说明：本技术 电力机车辅助变流器直流电压震荡抑制方法 (Method for inhibiting DC voltage oscillation of auxiliary converter of electric locomotive ) 是由 张宇龙 葸代其 邹会杰 张瑞峰 詹哲军 贺志学 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及变流器直流电压震荡抑制方法,具体为电力机车辅助变流器直流电压震荡抑制方法。解决现有技术存在的缺陷和问题,提供一种电力机车辅助变流器直流电压震荡抑制方法,其抑制控制方法简单、效果好,同时灵活性、适用性强。该抑制方法如下步骤实现：步骤一：从不同功率等级下的逆变侧直流电压U<Sub>dc</Sub>与电流I<Sub>dc</Sub>的震荡频率f中选取最大值f<Sub>max</Sub>及对应的相位差Δ<Sub>θmax</Sub>；步骤二：实时采集逆变侧直流电压U<Sub>dc</Sub>；步骤三：计算逆变侧直流电压U<Sub>dc</Sub>的震荡量Δ<Sub>U</Sub>；步骤四：选取相应参数A、B并计算调制比补偿量Δ<Sub>M</Sub>；步骤五：计算补偿量Δ<Sub>Mn</Sub>；步骤六：对Δ<Sub>M</Sub>或Δ<Sub>Mn</Sub>进行限幅运算；步骤七：将调制比M与补偿量Δ<Sub>M</Sub>或Δ<Sub>Mn</Sub>相加,并对相加的结果进行限幅处理,然后将结果用于逆变调制算法。(The invention relates to a method for inhibiting direct current voltage oscillation of a converter, in particular to a method for inhibiting direct current voltage oscillation of an auxiliary converter of an electric locomotive. The method for restraining the direct-current voltage oscillation of the auxiliary converter of the electric locomotive is simple, good in effect, flexible and high in applicability. The inhibition method is realized by the following steps: the method comprises the following steps: DC voltage U of inversion side under different power levels dc And current I dc Selecting the maximum value f from the oscillation frequencies f max And corresponding phase difference delta θmax (ii) a Step two: real-time acquisition of DC voltage U at inversion side dc (ii) a Step three: calculating DC voltage U of inversion side dc Amount of oscillation Δ U (ii) a Step four: selecting corresponding parameters A, B and calculating the compensation quantity delta of modulation ratio M (ii) a Step five: calculating the compensation amount delta Mn (ii) a Step six: for a M Or Δ Mn Carrying out amplitude limiting operation; step seven: the modulation ratio M is compared with the compensation quantity delta M Or Δ Mn Add and doThe result of the addition is clipped and then used in the inverse modulation algorithm.)

电力机车辅助变流器直流电压震荡抑制方法

技术领域

本发明涉及变流器直流电压震荡抑制方法，具体为电力机车辅助变流器直流电压震荡抑制方法。

背景技术

在典型的大功率电力机车辅助变流器应用中由于输入电压等级较高，主电路往往采用级联的方式将降压斩波Buck电路和逆变器连在一起(如图1所示)，辅助变流器输入的直流电压经过降压斩波Buck电路降压后，再通过三相逆变器逆变，输出电力机车需要的辅助三相交流电，其中，降压斩波Buck电路的输入输出两侧分别称为输入侧和逆变侧。当辅助系统寄生参数或者输出功率变化以后，由于负阻抗特性，输入侧直流电压或者逆变侧直流电压容易发生震荡，从而导致辅助变流器输出电压波动较大，不能满足使用要求。

工程上针对直流电压震荡问题，经常通过在辅助变流器的中间直流母线侧串加电阻或增加中间支撑电容的方式来抑制直流电压震荡问题。但是通过串入电阻会增加能量损耗，降低系统效率，加大支撑电容会增加辅助变流器的体积和成本；通过变化变流器的支撑电容或者串电阻的方式灵活性不够，工况变化后可能不再适用；同时现有的方法不能确定直流电压震荡发生的最初具体位置，不便于系统后续优化。

发明内容

本发明解决现有电力机车辅助变流器直流电压震荡抑制方法存在的缺陷和问题，提供一种电力机车辅助变流器直流电压震荡抑制方法，其抑制控制方法简单、效果好，同时灵活性、适用性强。

本发明是采用如下技术方案实现的：电力机车辅助变流器直流电压震荡抑制方法，所述辅助变流器是降压斩波Buck电路和逆变器级连而成，抑制方法是由如下步骤实现的：

步骤一：通过试验测量所选定的辅助变流器在不同功率等级下(空载到满载)的试验波形，得出对应不同功率等级下的逆变侧直流电压U_dc与电流I_dc的震荡频率f(单位Hz)，及相应的逆变侧直流电压U_dc与电流I_dc的相位差Δ_θ，其中，Δ_θ＝θ_U-θ_I，θ_U为逆变侧直流电压相位，θ_I为逆变侧直流电流相位；从不同功率等级下的逆变侧直流电压U_dc与电流I_dc的震荡频率f中选取最大值f_max及对应的相位差Δ_θmax；

步骤二：实时采集逆变侧直流电压U_dc；

步骤三：计算逆变侧直流电压U_dc的震荡量Δ_U，Δ_U＝U_dc-U_ref，U_ref为逆变侧直流电压目标值；

步骤四：令Δ_θ补＝180°-Δ_θmax，当Δ_θ补≤45°，根据Δ_θ补的大小，按如下选取相应参数A、B：

0°＜Δ_θ补≤5°时，A＝1,B＝1/0.08412132；

5°＜Δ_θ补≤10°时，A＝0.984835645397554,B＝1/0.17616129；

10°＜Δ_θ补≤15°时，A＝0.966092383592143,B＝1/0.26725875；

15°＜Δ_θ补≤20°时，A＝0.939916925046859,B＝1/0.36322704；

20°＜Δ_θ补≤25°时，A＝0.906435415347077,B＝1/0.46593993；

25°＜Δ_θ补≤30°时，A＝0.866354444531846,B＝1/0.57647266；

30°＜Δ_θ补≤35°时，A＝0.819387258924401,B＝1/0.69959639；

35°＜Δ_θ补≤40°时，A＝0.766130961732220,B＝1/0.83887027；

40°＜Δ_θ补≤45°时，A＝0.707106781186548,B＝1；

并按照公式计算抑制电压震荡的调制比补偿量Δ_M；函数F(F_cut,Δ_U)为一阶低通数字滤波器，F_cut为一阶低通数字滤波器截止频率，其大小按照F_cut＝B·2π·f_max计算；

步骤五：若Δ_θ补大于45°，将其分解成n个小于等于45°的值，即Δ_θ补＝Δ_θ补1+Δ_θ补2+...+Δ_θ补n，其中Δ_θ补1、Δ_θ补2、...、Δ_θ补n为n个小于等于45°的值，并根据分解后角度值按照步骤四分别选取各自相应的A、B值，补偿量Δ_Mn按照如下方法进行：其中，A_n为对应于Δ_θ补n的A值，F_cut(n)＝B_n·2π·f_max，B_n为对应于Δ_θ补n的B值；

步骤六：对Δ_M或Δ_Mn进行限幅运算，Δ_M或Δ_Mn取值范围为:

-M_max·25％＜Δ_M＜M_max·25％，-M_max·25％＜Δ_Mn＜M_max·25％(即，Δ_M或Δ_Mn大于M_max·25％时，取等于M_max·25％；Δ_M或Δ_Mn小于-M_max·25％时，取等于-M_max·25％；位于M_max·25％和-M_max·25％之间时，取实值)，其中M_max为三相逆变调制比设计最大值；

步骤七：将逆变器控制所计算出的调制比M与补偿量Δ_M或Δ_Mn相加，并对相加的结果进行限幅处理，即0＜M+Δ_M＜M_max,0＜M+Δ_Mn＜M_max，然后将结果用于逆变调制算法。

本发明与现有技术相比，其抑制直流电压震荡控制方法简单、效果好，同时灵活性、适用性强。

附图说明

图1为电力机车辅助变流器主电路结构图；

图2为逆变侧直流电压发生震荡的电压电流示意波形图；

图3为输入侧直流电压发生震荡的电压电流示意波形图。

具体实施方式

电力机车辅助变流器直流电压震荡抑制方法，所述辅助变流器是降压斩波Buck电路和逆变器级连而成，抑制方法是由如下步骤实现的：

步骤一：通过试验测量所选定的辅助变流器在不同功率等级下(空载到满载)的试验波形，得出对应不同功率等级下的逆变侧直流电压U_dc与电流I_dc的震荡频率f(单位Hz)，及相应的逆变侧直流电压U_dc与电流I_dc的相位差Δ_θ，其中，Δ_θ＝θ_U-θ_I，θ_U为逆变侧直流电压相位，θ_I为逆变侧直流电流相位；从不同功率等级下的逆变侧直流电压U_dc与电流I_dc的震荡频率f中选取最大值f_max及对应的相位差Δ_θmax；

步骤二：实时采集逆变侧直流电压U_dc；

步骤三：计算逆变侧直流电压U_dc的震荡量Δ_U，Δ_U＝U_dc-U_ref，U_ref为逆变侧直流电压目标值；

步骤四：令Δ_θ补＝180°-Δ_θmax，当Δ_θ补≤45°，根据Δ_θ补的大小，按如下选取相应参数A、B：

0°＜Δ_θ补≤5°时，A＝1,B＝1/0.08412132；

5°＜Δ_θ补≤10°时，A＝0.984835645397554,B＝1/0.17616129；

10°＜Δ_θ补≤15°时，A＝0.966092383592143,B＝1/0.26725875；

15°＜Δ_θ补≤20°时，A＝0.939916925046859,B＝1/0.36322704；

20°＜Δ_θ补≤25°时，A＝0.906435415347077,B＝1/0.46593993；

25°＜Δ_θ补≤30°时，A＝0.866354444531846,B＝1/0.57647266；

30°＜Δ_θ补≤35°时，A＝0.819387258924401,B＝1/0.69959639；

35°＜Δ_θ补≤40°时，A＝0.766130961732220,B＝1/0.83887027；

40°＜Δ_θ补≤45°时，A＝0.707106781186548,B＝1；

并按照公式计算抑制电压震荡的调制比补偿量Δ_M；函数F(F_cut,Δ_U)为一阶低通数字滤波器，F_cut为一阶低通数字滤波器截止频率，其大小按照F_cut＝B·2π·f_max计算；

步骤五：若Δ_θ补大于45°，将其分解成n个小于等于45°的值，即Δ_θ补＝Δ_θ补1+Δ_θ补2+...+Δ_θ补n，其中Δ_θ补1、Δ_θ补2、...、Δ_θ补n为n个小于等于45°的值(如，将60°分解成45°和15°，或六个10°，或三个20°，……)，并根据分解后角度值按照步骤四分别选取各自相应的A、B值，补偿量Δ_Mn按照如下方法进行：

其中，A_n为对应于Δ_θ补n的A值，F_cut(n)＝B_n·2π·f_max，B_n为对应于Δ_θ补n的B值；

步骤六：对Δ_M或Δ_Mn进行限幅运算，Δ_M或Δ_Mn取值范围为:

-M_max·25％＜Δ_M＜M_max·25％，-M_max·25％＜Δ_Mn＜M_max·25％(即，Δ_M或Δ_Mn大于M_max·25％时，取等于M_max·25％；Δ_M或Δ_Mn小于－M_max·25％时，取等于－M_max·25％；位于M_max·25％和－M_max·25％之间时，取实值)，其中M_max为三相逆变调制比设计最大值；

步骤七：将逆变器控制所计算出的调制比M与补偿量Δ_M或Δ_Mn相加，并对相加的结果进行限幅处理，即0＜M+Δ_M＜M_max,0＜M+Δ_Mn＜M_max，然后将结果用于逆变调制算法。

具体实施时，步骤一中的相位差Δ_θmax还能用于确定直流电压震荡的位置：当Δ_θmax＝180°时(即逆变侧直流电压波峰对应逆变侧直流电流波谷)，判定直流电压震荡发生在逆变侧；当0＜Δ_θmax＜180°时，判定直流电压震荡发生在输入侧。以便于系统后续优化。发生震荡时的电压电流波形示意图如图2、3所示；其中图2是逆变侧直流电压发生震荡的电压电流示意波形，图3是输入侧直流电压发生震荡的电压电流示意波形。