CN109217661B - 用于控制斩波电路开关频率的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于控制斩波电路开关频率的方法与装置，该方法包括：获取斩波实际开关频率；根据所述斩波实际开关频率和斩波设定开关频率的偏差调节斩波门槛上限或斩波门槛下限；根据调节后的斩波门槛上限或调节后的斩波门槛下限输出斩波PWM脉冲，以使得所述斩波实际开关频率等于所述斩波设定开关频率。本发明可以实现斩波开关频率可控，并保证系统在制动工况下不出现电流振荡。
Description
技术领域
本发明属于电力控制技术领域，具体地说，尤其涉及一种用于控制斩波电路开关频率的方法与装置。
背景技术
随着城市轨道交通的快速发展，城市轨道交通车辆带动了整个城市内部经济流动，同时缓解了城市的拥堵。目前，在国内的大部分城市，轨道交通系统都采用不控整流输出直流到供电电网，城市轨道牵引系统通过受电弓从供电电网上取得直流电。
为了供电电网的平稳，一般会在供电电网的输入点接入电抗器。为了稳定中间电压并提供瞬时能量交换，主电路中安装了支撑电容。制动工况下，由于斩波的存在，中间电压会发生周期性波动。中间电压波动频率与逆变器输出频率相近时就会发生电流振荡。
电流振荡发生机理类似于动车组上的无二次谐振回路情况下会引起电机电流振荡情况，其主要的不同是斩波引起的电压波动非正弦且频率不固定，其斩波频率与系统的制动能量相关。在斩波门槛固定的情况下，随着系统的输出频率上升，不可避免出现斩波频率与电机电流输出频率重合的情况，从而引起电机电流振荡
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种用于控制斩波电路开关频率的方法与装置，用于实现斩波开关频率可控，并保证系统在制动工况下不出现电流振荡。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于控制斩波电路开关频率的方法，包括：
获取斩波实际开关频率；
根据所述斩波实际开关频率和斩波设定开关频率的偏差调节斩波门槛上限或斩波门槛下限；
根据调节后的斩波门槛上限或调节后的斩波门槛下限输出斩波PWM脉冲，以使得所述斩波实际开关频率等于所述斩波设定开关频率。
根据本发明的一个实施例，根据所述斩波实际开关频率和斩波设定开关频率的偏差调节斩波门槛上限或斩波门槛下限进一步包括：根据所述偏差改变所述斩波门槛下限，同时保持所述斩波门槛上限不变，其中，所述斩波门槛下限变化后的最小值大于斩波电路的预定欠压值。
根据本发明的一个实施例，根据所述斩波实际开关频率和斩波设定开关频率的偏差调节斩波门槛上限或斩波门槛下限进一步包括：根据所述偏差改变所述斩波门槛上限，同时保持所述斩波门槛下限不变，其中，所述斩波门槛上限变化后的最大值小于斩波电路的预定过压值。
根据本发明的一个实施例，所述斩波设定开关频率与电力牵引系统输出电流频率不重合。
根据本发明的一个实施例，所述斩波实际开关频率基于斩波电路中实际的功率半导体器件动作计算得到。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于控制斩波电路开关频率的装置，包括：
斩波实际开关频率获取模块，用于获取斩波电路的斩波实际开关频率；
斩波设定开关频率设置模块，用于根据电力牵引系统输出电流频率和负载制动功率设置斩波设定开关频率；
斩波门槛设定模块，用于根据所述斩波实际开关频率和所述斩波设定开关频率的偏差调节斩波门槛上限或斩波门槛下限；
斩波PWM脉冲输出模块，用于根据调节后的斩波门槛上限或调节后的斩波门槛下限输出斩波PWM脉冲至斩波电路，以使得所述斩波实际开关频率等于所述斩波设定开关频率。
根据本发明的一个实施例，所述斩波门槛设定模块进一步包括斩波门槛下限设定单元，用于根据所述偏差改变所述斩波门槛下限，同时保持所述斩波门槛上限不变，其中，所述斩波门槛下限变化后的最小值大于斩波电路的预定欠压值。
根据本发明的一个实施例，所述斩波门槛设定模块进一步包括斩波门槛上限设定单元，用于根据所述偏差改变所述斩波门槛上限，同时保持所述斩波门槛下限不变，其中，所述斩波门槛上限变化后的最大值小于斩波电路的预定过压值。
根据本发明的一个实施例，所述斩波设定开关频率与电力牵引系统输出电流频率不重合。
根据本发明的一个实施例，所述斩波实际开关频率获取模块具体用于：基于斩波电路中实际的功率半导体器件动作来计算得到所述斩波实际开关频率。
本发明的有益效果：
本发明通过设置斩波开关频率反馈路径，保证斩波开关频率固定，并且保证斩波开关频率与电机电流频率不重合，来避免电机电流震荡导致的系统损害。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：
图1是现有技术中一种斩波电路控制原理示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的用于控制斩波电路频率的方法流程图；
图3是根据本发明的一个实施例的斩波电路控制原理示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的用于控制斩波电路频率的装置结构图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
为了使电力牵引系统在制动工况下不出现过压故障，目前在城市轨道交通系统中都安装了斩波系统。如图1所示为现有技术中一种斩波电路控制原理图，其工作机理如下。设置斩波门槛上限(其设置一般都低于系统的过压门槛)与斩波门槛下限，如果系统中的中间直流电压超过了斩波门槛上限，斩波电路的控制单元开通斩波上管后，中间直流电压必然跌落。当中间直流电压跌落到斩波门槛下限的时候，斩波控制单元关闭斩波上管。此时由于制动作用，中间直流电压必然上升。如此循环后，系统中间直流电压就在设置斩波门槛间波动。但是，由于斩波开关频率不可控，随着电机电流输出频率的上升(特别是高频输出系统)，必然会出现斩波开关频率与输出电流频率重合的情况，进而引起电机电流振荡，损害系统。
同时，由于现有电力牵引系统中一般未安装能馈装置(即前端为不控整流)，为了实现由斩波控制单元在制动发电工况下进行中间电压的平稳控制，并且在制动工况下实现实际斩波开关频率与电机电流输出频率不重合以避免电机电流振荡，本发明提供了一种用于控制斩波电路开关频率的方法，通过设置斩波开关频率反馈路径，保证斩波开关频率固定，并且保证斩波开关频率与电机电流频率不重合，来避免电机电流震荡导致的系统损害。如图2所示为根据本发明的一个实施例的用于控制斩波电路开关频率的方法流程图，以下参考图2来对本发明进行详细说明。
首先，在步骤S110中，采集斩波实际开关频率。具体的，斩波实际开关频率可以通过采集输出的斩波PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)脉冲计算得到，或者通过斩波电路中实际的功率半导体器件(IGBT)动作计算得到。
接着，在步骤S120中，根据斩波实际开关频率和斩波设定开关频率的偏差调节斩波门槛上限或斩波门槛下限。
具体的，根据斩波设定开关频率和采集得到的斩波实际开关频率可以计算得到两者的偏差。斩波设定开关频率根据电力牵引系统各结构参数设定，主要依据参考输出电流频率与此时负载的制动功率。在实际运行过程中，为了使得系统取得最好的效果，斩波开关频率设定可以是一个与输出相关的函数关系，也可以是一个固定的数值。但要保证该斩波设定开关频率与电机输出电流频率不重合，以避免电机电流振荡。
然后基于斩波设定开关频率和斩波实际开关频率的偏差，改变斩波门槛下限，同时保持斩波门槛上限不变，其中，斩波门槛下限变化后的最小值大于斩波电路的预定欠压值，以防止电压过低系统不能正常工作。或者，基于斩波设定开关频率和斩波实际开关频率的偏差，改变斩波门槛上限，同时保持斩波门槛下限不变，其中，斩波门槛上限变化后的最大值小于斩波电路的预定过压值，以防止电压过高损坏系统。
如图3所示为根据本发明的一个实施例的斩波电路控制原理示意图，其对应改变斩波门槛下限同时保持斩波门槛上限不变的调节方式，其斩波门槛在斩波门槛上限和斩波门槛下限之间波动，其斩波门槛上限保持不变，其斩波门槛下限在预定范围内发生改变，T表示PWM脉冲周期。但是，无论斩波门槛下限如何波动，其波动范围内的最小值不能小于系统预定欠压值b，以防止系统不能正常工作。同时，为有利于系统进行调节，对斩波门槛下限波动范围内的最大值a也需要进行限定。斩波门槛下限波动范围内的最大值可根据系统与斩波电路的参数确定，以使该最大值a与欠压值b构成的斩波门槛下限波动范围能满足输出的斩波PWM脉冲对应的斩波实际开关频率等于斩波设定开关频率。
同理，在采用改变斩波门槛上限同时保持斩波门槛下限不变的调节方式时，斩波门槛上限的波动范围内的最大值要小于斩波电路的预定过压值，以防止系统过压损害。同时，还要保证斩波门槛上限的波动范围内的最小值与过压值构成的斩波门槛上限波动范围能满足输出的斩波PWM脉冲对应的斩波实际开关频率等于斩波预定开关频率。当然，也可以同时调节斩波门槛上限和斩波门槛下限来使得输出的斩波PWM脉冲对应的斩波实际开关频率等于斩波预定开关频率，本发明不限于此。
最后，在步骤S130中，根据调节后的斩波门槛上限或调节后的斩波门槛下限输出斩波PWM脉冲，以使得斩波实际开关频率等于斩波预定开关频率。具体的，基于根据偏差调节后的斩波门槛上限和保持不变的斩波门槛下限输出斩波PWM脉冲，或者基于根据偏差调节后的斩波门槛下限和保持不变的斩波门槛上限输出斩波PWM脉冲，并使得输出的斩波实际开关频率等于斩波设定开关频率，从而实现精确控制斩波实际开关频率。并且，为防止出现电机电流振荡，要时刻保证斩波设定开关频率与输出电流频率不重合。所以在电力牵引系统实际工作时，还需要时刻监测电机电流输出频率，以防止斩波设定开关频率与输出电流频率重合。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于控制斩波电路开关频率的装置，如图4所示为根据本发明的一个实施例的用于控制斩波电路开关频率的装置结构图，以下参考图4来对本发明进行详细说明。
该用于控制斩波电路开频率的装置包括斩波实际开关频率获取模块、斩波设定开关频率设置模块、斩波门槛设定模块和斩波PWM脉冲输出模块。其中，斩波实际开关频率获取模块用于获取斩波电路的斩波实际开关频率。斩波设定开关频率设置模块用于根据电力牵引系统输出电流频率和负载制动功率设置斩波设定开关频率。斩波门槛设定模块用于根据斩波实际开关频率和斩波设定开关频率的偏差调节斩波门槛上限或斩波门槛下限。斩波PWM脉冲输出模块用于根据调节后的斩波门槛上限或调节后的斩波门槛下限输出斩波PWM脉冲至斩波电路，以使得斩波实际开关频率等于斩波设定开关频率。
在本发明的一个实施例中，该斩波门槛设定模块进一步包括斩波门槛下限设定单元。该斩波门槛下限设定单元用于根据偏差改变斩波门槛下限，同时保持斩波门槛上限不变，其中，该斩波门槛下限变化后的最小值大于斩波电路的预定欠压值。具体的，可利用PI控制器计算斩波实际开关频率和斩波设定开关频率的偏差，并根据该偏差来计算得到具体的斩波门槛下限。
在本发明的一个实施例中，该斩波门槛设定模块进一步包括斩波门槛上限设定单元。该斩波门槛上限设定单元用于根据偏差改变斩波门槛上限，同时保持斩波门槛下限不变，其中，斩波门槛上限变化后的最大值小于斩波电路的预定过压值。具体的，可利用PI控制器计算斩波实际开关频率和斩波设定开关频率的偏差，并根据该偏差来计算得到具体的斩波门槛上限。
在本发明的一个实施例中，该斩波预定开关频率与电力牵引系统输出电流频率不重合。
在本发明的一个实施例中，该斩波实际开关频率获取模块具体用于基于斩波电路中实际的功率半导体器件动作来计算得到斩波实际开关频率。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种用于控制斩波电路开关频率的方法，其特征在于，包括：
获取斩波实际开关频率；
根据所述斩波实际开关频率和斩波设定开关频率的偏差调节斩波门槛上限或斩波门槛下限，其中，所述斩波设定开关频率与电力牵引系统输出电流频率不重合；
根据调节后的斩波门槛上限或调节后的斩波门槛下限输出斩波PWM脉冲，以使得所述斩波实际开关频率等于所述斩波设定开关频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述斩波实际开关频率和斩波设定开关频率的偏差调节斩波门槛上限或斩波门槛下限进一步包括：根据所述偏差改变所述斩波门槛下限，同时保持所述斩波门槛上限不变，其中，所述斩波门槛下限变化后的最小值大于斩波电路的预定欠压值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述斩波实际开关频率和斩波设定开关频率的偏差调节斩波门槛上限或斩波门槛下限进一步包括：根据所述偏差改变所述斩波门槛上限，同时保持所述斩波门槛下限不变，其中，所述斩波门槛上限变化后的最大值小于斩波电路的预定过压值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述斩波实际开关频率基于斩波电路中实际的功率半导体器件动作计算得到。
5.一种用于控制斩波电路开关频率的装置，包括：
斩波实际开关频率获取模块，用于获取斩波电路的斩波实际开关频率；
斩波设定开关频率设置模块，用于根据电力牵引系统输出电流频率和负载制动功率设置斩波设定开关频率；
斩波门槛设定模块，用于根据所述斩波实际开关频率和所述斩波设定开关频率的偏差调节斩波门槛上限或斩波门槛下限，其中，所述斩波设定开关频率与电力牵引系统输出电流频率不重合；
斩波PWM脉冲输出模块，用于根据调节后的斩波门槛上限或调节后的斩波门槛下限输出斩波PWM脉冲至斩波电路，以使得所述斩波实际开关频率等于所述斩波设定开关频率。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述斩波门槛设定模块进一步包括斩波门槛下限设定单元，用于根据所述偏差改变所述斩波门槛下限，同时保持所述斩波门槛上限不变，其中，所述斩波门槛下限变化后的最小值大于斩波电路的预定欠压值。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述斩波门槛设定模块进一步包括斩波门槛上限设定单元，用于根据所述偏差改变所述斩波门槛上限，同时保持所述斩波门槛下限不变，其中，所述斩波门槛上限变化后的最大值小于斩波电路的预定过压值。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述斩波实际开关频率获取模块具体用于：基于斩波电路中实际的功率半导体器件动作来计算得到所述斩波实际开关频率。
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