CN108512248A - 一种抑制轨道交通中能量回收变流器间产生环流的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种抑制轨道交通中能量回收变流器间产生环流的方法，步骤包括：检测电网a、b、c三相的输出电流，将a、b、c三相的输出电流相加得到并联变流器输出的环流分量i_z；将并联网侧变流器输出的环流分量i_z和预设的环流分量参考是i_z ^*做差，将做差得到的差值通过PI调节器实现对零序电流的无差控制，得到变零矢量调节系数h；将变零矢量调节系数h发送给改进的SVPWM调制器，并采用并联交错的方式触发脉冲。本发明能够抑制并联变流器之间的环流，可广泛用于城市轨道交通再生制动能量回馈装置中，在不增加成本的前提下能够抑制环流，具有较高的经济性和环保性。

Description

一种抑制轨道交通中能量回收变流器间产生环流的方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种抑制轨道交通中能量回收变流器间产生环流的方法，用于轨道交通车辆再生制动能量逆变回馈装置，能最大限度的提高逆变器容量，实现吸收制动能量最大化，具有较高的经济价值。

背景技术

随着轨道交通的不断发展，产生大量的制动能量，如能加以回收利用，有极高的经济价值和环保价值。其中，将制动能量通过逆变器回馈至电网，是一种较佳的方式。城市轨道交通运行区间较短、运行中存在频繁的启动、制动等的工况转换、人口的增加要求列车功率和数量的增加等，都要求回馈装置在大功率条件下运行。显然，单个逆变流器的容量已经远不能满足需求。若采用更高容量的功率器件，则成本大大提高，多个变流器并联不仅提高了整机的功率等级，且并联单元间互为冗余，提高了系统的灵活性与可靠性，便于模块化设计，缩短了生产周期。

交错并联方式即N台变流器共母线连接，同时在交流侧经滤波电感进行并联，两台变流器对应相的驱动脉冲信号互错2π/N角度，使得一些谐波电流相互抵消，改善了网侧电流波形效果。

在单个变流器系统中，因为不会形成零序环流通道，所以没有环流引起的负面问题。但是在并联变流器系统中，交错并联方式中，脉冲信号互错2π/N角度，导致各变流器占空比不一致，并联变流器之间就会出现十分严重的环流问题。在并联变流器之间流动的环流，增加了开关器件损耗，严重时使开关管发热甚至烧毁；环流还可能会使得三相电流产生畸变，使得总体谐波畸变率增大，导致回馈变流器不能够满足并网要求，所以必须改进控制策略抑制环流。

传统的抑制环流措施通常是采用隔离、增加阻抗的方式来抑制环流，这些方式需要额外增加硬件，增加经济成本。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明的目的是提供一种抑制轨道交通中能量回收变流器间产生环流的方法，解决了在多并联变流器系统中出现环流技术问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种抑制轨道交通中能量回收变流器间产生环流的方法，包括以下步骤：

步骤一、利用电压传感器采集公共直流侧电压U_dc，利用电压传感器测得三相电网电压，经过锁相环得到电网电压相位角θ；利用电流传感器采集模块的交流侧a、b、c三相的输出电流，经过派克变换和克拉克变换得到a、b、c三相的输出电流相加得到模块间的环流分量i_z；

步骤二、将给定电压U^* _dc和电压传感器采集的直流侧电压U_dc作为电压外环比例积分调节器的输入量，输出得到两相旋转坐标系下d轴给定电流i_d ^*、q轴给定电流i_q ^*，其中，i_q ^*为0A；

步骤三、电流传感器采集模块的交流侧a、b、c三相的输出电流经过派克和克拉克坐标系变换得到的i_d和i_q，由i_d、i_q与i_d ^*、i_q ^*作为电流内环的输入量，分别通过比例积分调节器，得到旋转坐标系下的d轴电压U_d和q轴电压U_q，再经过反克拉克变换得到二维静止坐标系下的对应电压U_a和U_β；采用SVPWM的扇区判断方式，得到参考电压矢量的扇区判断以及非零矢量和零矢量的作用时间，其中零矢量为U₀(000)、U₇(111)；

步骤四、将并联网侧变流器输出的环流分量i_z和预设的环流分量参考i_z ^*做差，其中，i_z ^*为0，将做差得到的差值通过比例积分调节器实现对零序电流的无差控制，得到变矢量调节系数h；

步骤五、利用变零矢量调节系数h重新分配两个零矢量U₀(000)和U₇(111)的作用时间，得到各个扇区矢量切换点，将得到的矢量切换点与时间比较得到基准SVPWM脉冲，并扩展成多路脉冲；

步骤六、通过延时模块将多路脉冲延时发送，得到与基准SVPWM脉冲相比带有固定滞后时间的多路移相SVPWM脉冲，通过多路移相SVPWM脉冲对各个变流器进行控制。

优选的，所述的步骤五中的两个零矢量U₀(000)和U₇(111)作用时间由变矢量调节系数h分配，其计算公式为：

t_0′＝(0.5-h)T

t_7′＝(0.5+h)T

其中，t_0′为零矢量U₀(000)的作用时间，t_7′为零矢量U₇(111)的作用时间，零矢量U0(000)对应三个上桥臂全导通，零矢量U7(111)对应三个下桥臂全导通，T为变流器开关周期。

优选的，所述的步骤六中经过延时模块输出的多路移相SVPWM脉冲的高低电平宽度和脉冲数量与基准SVPWM脉冲相同。

优选的，多路移相SVPWM脉冲与基准SVPWM脉冲相比带有固定的滞后时间T_n，T_n按下述公式计算：

其中，T_n为滞后时间，T_c为载波周期，n为锁相延时模块的编号，n＝1、2、3……，N为锁相延时模块的总数，N≥n。

与现有技术相比，本发明包含的有益效果在于：

1、本发明方法提高了变流器的并网特性，波形畸变率极低、谐波极少，且在不增加硬件的基础上，很好的控制了环流，提高了变流器利用率；

2、无需要额外增加硬件，节省了经济成本。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是基于改进型SVPWM的交错并联控制框图；

图2是未采用环流抑制的两变流器A相电流仿真图；

图3是采用环流抑制的两变流器A相电流仿真图；

图4是未采用环流抑制的两变流器dqz电流仿真图；

图5是采用环流抑制的两变流器dqz电流仿真图；

其中，11、21为d轴电流波形，12、22为q轴电流波形，13、33为z轴电流波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够据以实施。

如图1所示的改进型SVPWM的交错并联控制框图，本发明提供了一种抑制轨道交通中能量回收变流器间产生环流的方法，包括以下步骤：

步骤一、利用电压传感器采集公共直流侧电压U_dc，利用电压传感器测得三相电网电压，经过锁相环得到电网电压相位角θ；利用电流传感器采集模块的交流侧a、b、c三相的输出电流，也就是各个并网侧变流器三相输出电流，经过派克变换和克拉克变换得到a、b、c三相的输出电流相加得到模块间的环流分量i_z，也就是各并网侧变流器三相输出电流之间的环流分量i_z；

步骤二、将给定电压U^* _dc和电压传感器采集的直流侧电压U_dc作为电压外环比例积分调节器的输入量，输出得到两相旋转坐标系下d轴给定电流i_d ^*、q轴给定电流i_q ^*，其中，i_q ^*为0A；

步骤三、电流传感器采集模块的交流侧a、b、c三相的输出电流经过派克和克拉克坐标系变换得到的i_d和i_q，由i_d、i_q与i_d ^*、i_q ^*作为电流内环的输入量，分别通过比例积分调节器，得到旋转坐标系下的d轴电压U_d和q轴电压U_q，再经过反克拉克变换得到二维静止坐标系下的对应电压U_a和U_β；利用电压矢量U_a和U_β，采用传统的SVPWM的扇区判断方式，得到参考电压矢量的扇区判断以及非零矢量和零矢量U₀(000)、U₇(111)的作用时间。

步骤四、将各并联网侧变流器输出的环流分量i_z和预设的环流分量参考i_z ^*做差，其中，i_z ^*为0，将做差得到的差值通过比例积分调节器实现对零序电流的无差控制，得到变矢量调节系数h；

步骤五、利用变零矢量调节系数h重新分配两个零矢量U₀(000)和U₇(111)的作用时间，得到各个扇区矢量切换点，将得到的矢量切换点与时间比较得到基准SVPWM脉冲，并扩展成多路脉冲；

步骤六、通过延时模块将多路脉冲延时发送，得到与基准SVPWM脉冲相比带有固定滞后时间的多路移相SVPWM脉冲，通过多路移相SVPWM脉冲对各个变流器进行交错控制。

本发明能够抑制并联变流器之间的环流，可广泛用于城市轨道交通再生制动能量回馈装置中，在不增加成本的前提下能够抑制环流，具有较高的经济性和环保性。

上述技术方案中，所述的步骤五中的两个零矢量U₀(000)和U₇(111)作用时间由变矢量调节系数h分配，其计算公式为：

t_0′＝(0.5-h)T

t_7′＝(0.5+h)T

其中，t_0′为零矢量U₀(000)的作用时间，t_7′为零矢量U₇(111)的作用时间，零矢量U0(000)对应三个上桥臂全导通，零矢量U7(111)对应三个下桥臂全导通，T为变流器开关周期。

上述技术方案中，所述的步骤六中经过延时模块输出的多路移相SVPWM脉冲的高低电平宽度和脉冲数量与基准SVPWM脉冲相同。仅仅是多路移相SVPWM脉冲与基准SVPWM脉冲相比带有固定的滞后时间T_n，T_n按下述公式计算：

其中，T_n为滞后时间，T_c为载波周期，n为锁相延时模块的编号，n＝1、2、3……，N为锁相延时模块的总数，N≥n。

本发明方法提高了变流器的并网特性，波形畸变率极低、谐波极少，且在不增加硬件的基础上，很好的控制了环流，提高了变流器利用率。同时，无需要额外增加硬件，节省了经济成本。

对比例

根据以上一种抑制轨道交通中能量回收变流器间产生环流的方法的详细介绍，以下采用两台变流器并联仿真为例，通过多路移相SVPWM脉冲，采用并联交错的方式触发脉冲控制两个变流器，并给出仿真结果，验证本发明的控制效果。

如图2-5所示，从图2可以看出，在两变流器参数、串联电感完全一致时，采用交错并联的方式，且未采用环流抑制方法时，两变流器A相输出电流不同步，产生环流，如图4中的13所示的z轴电流波形所示。

从图3，可以看出采用环流抑制方法时，两变流器三相输出电流同步，零序环流稳定在0A，没有环流产生，如图5中的23所示的z轴电流波形所示。减少了电流在变流装置内部的损耗，提升了变流器容量。

由上对比结果所述，本发明提出的用于一种抑制轨道交通的能量回收变流器交错并联环流的控制方法，所述的控制方法有很好的并网特性，波形畸变率极低、谐波极少，且在不增加硬件的基础上，很好的控制了环流，提高了变流器利用率，具有算法简单，易于工程实现的优点。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易的实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种抑制轨道交通中能量回收变流器间产生环流的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、利用电压传感器采集公共直流侧电压U_dc，利用电压传感器测得三相电网电压，经过锁相环得到电网电压相位角θ；利用电流传感器采集模块的交流侧a、b、c三相的输出电流，经过派克变换和克拉克变换得到a、b、c三相的输出电流相加得到模块间的环流分量i_z；

步骤二、将给定电压U^* _dc和电压传感器采集的直流侧电压U_dc作为电压外环比例积分调节器的输入量，输出得到两相旋转坐标系下d轴给定电流i_d ^*、q轴给定电流i_q ^*，其中，i_q ^*为0A；

步骤三、电流传感器采集模块的交流侧a、b、c三相的输出电流经过派克和克拉克坐标系变换得到的i_d和i_q，由i_d、i_q与i_d ^*、i_q ^*作为电流内环的输入量，分别通过比例积分调节器，得到旋转坐标系下的d轴电压U_d和q轴电压U_q，再经过反克拉克变换得到二维静止坐标系下的对应电压U_a和U_β；采用SVPWM的扇区判断方式，得到参考电压矢量的扇区判断以及非零矢量和零矢量的作用时间，其中零矢量为U₀(000)、U₇(111)；

步骤四、将并联网侧变流器输出的环流分量i_z和预设的环流分量参考i_z ^*做差，其中，i_z ^*为0，将做差得到的差值通过比例积分调节器实现对零序电流的无差控制，得到变矢量调节系数h；

步骤五、利用变零矢量调节系数h重新分配两个零矢量U₀(000)和U₇(111)的作用时间，得到各个扇区矢量切换点，将得到的矢量切换点与时间比较得到基准SVPWM脉冲，并扩展成多路脉冲；

步骤六、通过延时模块将多路脉冲延时发送，得到与基准SVPWM脉冲相比带有固定滞后时间的多路移相SVPWM脉冲，通过多路移相SVPWM脉冲对各个变流器进行控制。

2.如权利要求1所述的抑制轨道交通中能量回收变流器间产生环流的方法，其特征在于，所述的步骤五中的两个零矢量U₀(000)和U₇(111)作用时间由变矢量调节系数h分配，其计算公式为：

t₀′＝(0.5-h)T

t₇′＝(0.5+h)T

其中，t₀′为零矢量U₀(000)的作用时间，t₇′为零矢量U₇(111)的作用时间，零矢量U0(000)对应三个上桥臂全导通，零矢量U7(111)对应三个下桥臂全导通，T为变流器开关周期。

3.如权利要求1所述的抑制轨道交通中能量回收变流器间产生环流的方法，其特征在于，所述的步骤六中经过延时模块输出的多路移相SVPWM脉冲的高低电平宽度和脉冲数量与基准SVPWM脉冲相同。

4.如权利要求3所述的抑制轨道交通中能量回收变流器间产生环流的方法，其特征在于，多路移相SVPWM脉冲与基准SVPWM脉冲相比带有固定的滞后时间T_n，T_n按下述公式计算：

其中，T_n为滞后时间，T_c为载波周期，n为锁相延时模块的编号，n＝1、2、3……，N为锁相延时模块的总数，N≥n。