CN206850443U - 抑制牵引变流器直流母线电压振荡装置及牵引系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种抑制牵引变流器直流母线电压振荡的装置及牵引系统，装置包括：振荡模块，用于获得母线电压的振荡分量；相位超前环节，用于根据母线电压的振荡分量获得电流前馈控制补偿量；修正模块，用于计算电机给定电流矢量的转矩分量和电流前馈控制补偿量之和，获得修正后的电机给定电流矢量的转矩分量；矢量控制模块，用于根据修正后的电机给定电流矢量和电机实际电流矢量，获得电机电压矢量；调制模块，用于根据电机电压矢量，获得牵引变流器的驱动信号；驱动模块，用于驱动牵引变流器，以使牵引变流器为电机提供电压。本实用新型能够在满足电机控制性能的基础上，有效抑制牵引变流器母线电压振荡，提高牵引系统可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及轨道交通领域，尤其涉及一种抑制牵引变流器直流母线电压振荡装置及牵引系统。
背景技术
牵引系统是地铁和轻轨车辆中的核心，该系统主要由LC滤波单元、牵引变流器、电机三大部分以及其他电气部件共同构成。牵引变流器从外部接触网或者接触轨获得能量，经过LC滤波单元得到稳定的直流母线电压，通过逆变或整流输出相应的变频变压交流电，使电机工作在牵引状态或者电制动状态。当系统内的LC谐振滤波器参数不匹配、电机控制算法参数改变时，均有可能引起牵引变流器前端母线电压的振荡，进而会导致电机输出转矩的异常波动，影响列车的舒适度；严重时牵引变流器会因过压、欠压、过流等而停机保护；甚至导致供电所跳闸，区间停电，影响线路运营。
目前，异步感应电机与永磁同步电机相比依然存在成本低、故障率低、维护方便等优势，因此在轨道交通中所占比重很大。近些年，异步电机控制由早期动态性能较差的标量(V/F)控制逐步发展到直接转矩控制(DTC)和矢量控制(FOC)。对比传统的标量控制，采用矢量控制，电机的动态响应及对转矩的控制精度更高，可以直接提高列车整体的性能及舒适度。实际运用中，采用矢量控制的电机控制策略时，母线电压振荡的情况更为明显。因此，为了更好地运用矢量控制策略，必须要有效地抑制住母线电压振荡的发生。
现有技术主要是通过斩波电路来抑制母线电压振荡，该方法通过在控制程序中将实际母线电压与预设的母线电压限值进行比较，当实际母线电压超过限值后，将差值送入比例积分(PI)调节器得到斩波占空比，然后开启斩波电路抑制母线电压振荡的发散，并通过制动电阻释放一部分能量；若低于限值，则初始化相关变量，不使能斩波电路。由于母线电压的振荡会发生在特定转速区间，若当车辆长时间在该转速区间内工作在牵引状态，斩波电路需较长时间工作以抑制母线电压振荡的发散，同时需要通过制动电阻消耗大量的能量，而制动电阻消耗能量的方式是将这些能量转变为热量，最终会导致制动电阻过热，严重时会引起牵引变流器停机甚至烧损制动电阻。因此，虽然斩波方式可以抑制母线电压振荡的发散，但是并不能从根本上抑制母线电压振荡的发生，只能将母线电压维持不超过限值。由于电机控制性能受母线电压影响较大，母线电压不稳会导致电机转矩波动，引起车辆抖动等问题。
现有技术还有一种方法是根据母线电压修正电机转矩给定来解决母线电压不稳导致电机转矩波动，进而引起车辆抖动的问题。根据母线电压瞬时值修正电机转矩给定，如式(1)所示。
其中udc为母线电压瞬时值，Ud0为母线电压滤波值，ρ为调节系数，Tref为电机转矩给定，为电机实际转矩。该方法是基于能够实时修正电机转矩给定来解决电机转矩波动引起的车辆抖动问题，但是若电机实际转矩和转矩给定存在延时，则无法实现实时修正电机转矩给定，导致系统振荡逐步发散，进而影响电机转矩平稳输出以及牵引系统稳定。
实用新型内容
本实用新型提供一种抑制牵引变流器直流母线电压振荡的方法、装置及牵引系统，用于解决现有技术中无法有效抑制牵引变流器母线电压振荡的问题。
本实用新型的第一个方面是提供一种抑制牵引变流器母线电压振荡的装置，包括：
振荡模块，用于获取母线电压的振荡分量；
相位超前环节，用于将所述振荡模块获得的母线电压的振荡分量作为自身的输入，输出电流前馈控制补偿量；
修正模块，用于通过计算电机给定电流矢量的转矩分量和所述相位超前环节输出的电流前馈控制补偿量之和，对所述电机给定电流矢量的转矩分量进行修正，获得修正后的电机给定电流矢量的转矩分量；
矢量控制模块，用于根据所述修正模块获得的修正后的电机给定电流矢量的转矩分量、电机给定电流矢量的励磁分量和电机实际电流矢量的转矩分量和励磁分量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量；
调制模块，用于根据所述矢量控制模块获得的电机电压矢量，通过进行PWM调制，获得牵引变流器的驱动信号；
驱动模块，用于根据所述调制模块获得的驱动信号驱动所述牵引变流器，以使所述牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为所述电机提供电压。
在本实用新型的一实施例中，上述振荡模块包括：
带通滤波单元，用于通过对牵引变流器母线电压进行带通滤波，获得所述母线电压的振荡分量；或者，
所述振荡模块包括：
低通滤波单元，用于对牵引变流器母线电压进行低通滤波；
计算单元，用于计算低通滤波前后的牵引变流器母线电压之差，获得所述母线电压的振荡分量。
在本实用新型的一实施例中，上述相位超前环节包括：
信号传输单元，用于将所述母线电压的振荡分量作为所述相位超前环节的输入，传输给所述相位超前环节；
所述相位超前环节，具体用于根据相位超前环节的传递函数，对所述振荡分量进行计算处理，输出电流前馈控制补偿量，所述相位超前环节的传递函数为：
其中，
isqc(s)为牵引变流器的电流前馈控制补偿量，s为复频率，K为母线电压振荡抑制系数，Tref为电机给定转矩，np为电机极对数，ΨRref为电机给定磁链，Ud0为母线电压滤波值，ψm为电流前馈控制补偿量所需的超前相位，ωm为母线电压振荡角频率，uerr(s)为母线电压的振荡分量。
在本实用新型的一实施例中，上述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置还可以包括：
检测模块，用于实时检测电机的实际转矩的波动是否在预设的允许范围内，若未在允许范围内，则调整K、ψm和ωm中任一或多个参数的取值。
本实用新型的第二个方面是提供一种牵引系统，包括：上述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置、牵引变流器和电机；
所述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置的输入端和所述牵引变流器的输入端与接触网连接，所述接触网用于提供所述牵引变流器母线电压；所述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置的输出端和所述牵引变流器的输入端连接，所述牵引变流器的输出端和所述电机的输入端连接，所述电机的输出端和所述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置的输入端连接。
在本实用新型的一实施例中，上述牵引系统还可以包括：设置在所述接触网和所述牵引变流器之间的LC谐振滤波器；所述LC谐振滤波器的输入端与接触网连接，所述LC谐振滤波器的输出端与所述牵引变流器的输入端和所述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置的输入端连接。
本实用新型提供的抑制牵引变流器直流母线电压振荡装置及牵引系统，通过获得母线电压的振荡分量并输入相位超前环节，获得电流前馈控制补偿量；计算电机给定电流矢量的转矩分量和电流前馈控制补偿量之和，获得修正后的电机给定电流矢量的转矩分量；根据修正后的电机给定电流矢量和电机实际电流矢量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量；根据电机电压矢量进行PWM调制，获得牵引变流器的驱动信号，使所述牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为所述电机提供电压。本实用新型能够在满足电机控制性能的基础上，有效抑制牵引变流器母线电压振荡，使牵引变流器运行更加稳定，提高牵引系统可靠性。
附图说明
图1为本实用新型实施例一提供的抑制牵引变流器母线电压振荡的方法的流程示意图；
图2为本实用新型实施例二提供的抑制牵引变流器母线电压振荡的装置的结构示意图；
图3为本实用新型实施例二提供的抑制牵引变流器母线电压振荡的装置的控制系统框图；
图4为本实用新型实施例三提供的牵引系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型实施例一提供的抑制牵引变流器母线电压振荡的方法的流程示意图。在本实施例中，所述抑制牵引变流器母线电压振荡的方法的执行主体可以是一个独立的抑制牵引变流器母线电压振荡的装置，也可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)，本实用新型在此并不对其进行限制。如图1所示，所述方法包括如下步骤：
11、获取母线电压的振荡分量。
具体的，可以通过对牵引变流器母线电压进行带通滤波，获得所述母线电压的振荡分量；或者，对牵引变流器母线电压进行低通滤波，并计算低通滤波前后的牵引变流器母线电压之差，获得所述母线电压的振荡分量。
以实际应用举例来说，在每个控制周期起始时刻，比如400μs计时器中断中，DSP控制外部模数转换器(analogue to-digital，简称A/D)对网压uline、母线电压udc、母线电流idc、电机三相电流ia、ib、ic进行采样，然后通过现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGate Array，简称FPGA)将采样的数据通过外部数据总线传输给DSP进行处理，获得牵引变流器母线电压Ud和电机实际电流矢量的转矩分量和励磁分量。
当牵引变流器母线电压发生振荡时，对牵引变流器母线电压进行低通滤波并将滤波前的牵引变流器母线电压和滤波后的牵引变流器母线电压进行求差计算，获得牵引变流器的母线电压的振荡分量。
12、将所述母线电压的振荡分量作为相位超前环节的输入，获得所述相位超前环节输出的电流前馈控制补偿量。
将步骤11中获得的母线电压的振荡分量输入相位超前环节，所述相位超前环节对所述振荡分量进行计算处理后，输出电流前馈控制补偿量。
作为本实施例的一种实施方式，步骤12可以包括：
121、将所述母线电压的振荡分量作为所述相位超前环节的输入，传输给所述相位超前环节；
122、根据所述相位超前环节的传递函数，对所述振荡分量进行计算处理，获得输出的所述电流前馈控制补偿量，所述相位超前环节的传递函数为：
其中，其中，
isqc(s)为牵引变流器的电流前馈控制补偿量，s为复频率，K为母线电压振荡抑制系数，Tref为电机给定转矩，np为电机极对数，ΨRref为电机给定磁链，Ud0为滤波后的母线电压值，ψm为电流前馈控制补偿量所需的超前相位，ωm为母线电压振荡角频率，uerr(s)为母线电压的振荡分量。
13、通过计算电机给定电流矢量的转矩分量和所述电流前馈控制补偿量之和，对所述电机给定电流矢量的转矩分量进行修正，获得修正后的电机给定电流矢量的转矩分量。
将步骤12中获得的所述电流前馈控制补偿量和电机给定电流矢量的转矩分量进行求和计算，并将计算获得的结果作为修正后的电机给定电流矢量的转矩分量。
本实施例可实现根据母线电压的振荡分量实时修正电机给定电流矢量的转矩分量。
14、根据修正后的电机给定电流矢量的转矩分量、电机给定电流矢量的励磁分量和电机实际电流矢量的转矩分量和励磁分量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量。
将步骤13中获得的修正后的电机给定电流矢量的转矩分量、电机给定电流矢量的励磁分量以及当前的电机实际电流矢量的转矩分量和励磁分量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量。
15、根据所述电机电压矢量，通过进行脉冲宽度PWM调制，获得牵引变流器的驱动信号。
将步骤14中获得的电机电压矢量进行PWM调制获得驱动信号。
具体的，所述PWM调制可以是空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse WidthModulation，简称SVPWM)。
16、利用所述驱动信号驱动所述牵引变流器，以使所述牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为所述电机提供电压。
利用步骤15中获得的驱动信号驱动牵引变流器的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)，以使所述牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为电机提供电压。
以实际应用举例来说，在牵引系统工作时，通过DSP获得牵引变流器母线电压和电机实际电流矢量的转矩分量和励磁分量；当牵引变流器母线电压发生振荡时，对牵引变流器母线电压进行低通滤波，获得滤波后的牵引变流器母线电压；计算低通滤波前后的牵引变流器母线电压之差，获得牵引变流器母线电压的振荡分量；将牵引变流器母线电压的振荡分量输入相位超前环节，获得电流前馈控制补偿量；计算电机给定电流矢量的转矩分量和所述电流前馈控制补偿量之和，获得修正后的电机给定电流矢量的转矩分量；根据修正后的电机给定电流矢量的转矩分量、电机给定电流矢量的励磁分量和电机实际电流矢量的转矩分量和励磁分量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量；根据电机电压矢量，通过PWM调制，获得牵引变流器的驱动信号，利用所述驱动信号驱动牵引变流器，以使牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为电机提供电压；电机在所述牵引变流器提供的电压的作用下获得修正后的实际电流，而根据电机工作原理，电机实际转矩与电机实际电流矢量成正比例关系，即根据牵引变流器母线电压振荡分量最终实现了实时修正电机实际转矩，从而实现了抑制牵引变流器母线电压的振荡的发散，提高了牵引系统的稳定性，进而抑制牵引变流器母线电压的振荡。
进一步的，由于牵引变流器母线电压的振荡会导致电机实际转矩的异常波动，因此，可以通过实时检测电机实际转矩的波动是否在预设的允许范围内，来判断牵引变流器母线电压的振荡。在此基础上，作为本实施例的一种实施方式，所述方法还可以包括：实时检测电机的实际转矩的波动是否在预设的允许范围内，若未在允许范围内，则调整K、ψm和ωm中任一或多个参数的取值。
具体的，所述传递函数中的母线电压振荡角频率ωm和/或牵引变流器的电流前馈控制补偿量所需的超前相位ψm和/或母线电压振荡抑制系数K可以是在所述相位超前环节中预设的固定值，也可以是可调节的。举例来说，假设当前电机的实际转矩的波动超过一定的波动范围，则可以通过对上述参数的取值进行调节，对所述电流前馈控制补偿量进行调整，从而最终实现减小电机的实际转矩的波动。具体的，通过调整母线电压振荡角频率ωm可以调整所述相位超前环节输出的电流前馈控制补偿量的最大超前角频率，通过调整牵引变流器的电流前馈控制补偿量所需的超前相位ψm可以调整所述相位超前环节输出的电流前馈控制补偿量的最大超前相位，通过调整母线电压振荡抑制系数K，可以调整所述相位超前环节输出的电流前馈控制补偿量的大小。
本实施例提供的抑制牵引变流器母线电压振荡的方法，通过将母线电压的振荡分量输入相位超前环节，获得电流前馈控制补偿量，并根据电流前馈控制补偿量对电机给定电流矢量的转矩分量进行修正，根据修正后的电机给定电流矢量和电机实际电流矢量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量；根据电机电压矢量进行PWM调制，获得牵引变流器的驱动信号，使所述牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为所述电机提供电压。本实施例能够在满足电机控制性能的基础上，有效抑制牵引变流器母线电压振荡，使牵引变流器运行更加稳定，提高牵引系统可靠性。
图2为本实用新型实施例二提供的抑制牵引变流器母线电压振荡的装置的结构示意图。在本实施例中，所述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置可以是一个独立的装置，也可以是DSP处理器的一部分，本实用新型在此并不对其进行限制。如图2所示，所述装置包括：
振荡模块21，用于获取母线电压的振荡分量。
作为本实施例的一种实施方式，所述振荡模块可以包括：带通滤波单元，用于通过对牵引变流器母线电压进行带通滤波，获得所述母线电压的振荡分量。
作为本实施例的另一种实施方式，所述振荡模块可以包括：
低通滤波单元，用于对牵引变流器母线电压进行低通滤波；
计算单元，用于计算低通滤波前后的牵引变流器母线电压之差，获得所述母线电压的振荡分量。
以实际应用举例来说，在每个控制周期起始时刻，比如400μs计时器中断中，数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)控制外部模数转换器(analogue to-digital，简称A/D)对网压uline、母线电压udc、母线电流idc、电机三相电流ia、ib、ic进行采样，然后通过现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)将采样的数据通过外部数据总线传输给DSP进行处理，获得牵引变流器母线电压Ud和电机实际电流矢量的转矩分量和励磁分量。
当牵引变流器母线电压发生振荡时，振荡模块21中的低通滤波单元对所述牵引变流器母线电压进行低通滤波，获得滤波后的牵引变流器母线电压，计算单元将低通滤波前的牵引变流器母线电压和低通滤波后的牵引变流器母线电压进行求差计算，获得牵引变流器的母线电压的振荡分量。相位超前环节22，用于将所述振荡模块21获得的母线电压的振荡分量作为自身的输入，输出电流前馈控制补偿量。
振荡模块21将获得的母线电压的振荡分量输入相位超前环节22，所述相位超前环节22对所述振荡分量进行计算处理后，输出电流前馈控制补偿量。
作为本实施例的一种实施方式，相位超前环节22可以包括：
信号传输单元221，用于将所述母线电压的振荡分量作为所述相位超前环节22的输入，传输给所述相位超前环节22；
所述相位超前环节22，具体用于根据相位超前环节的传递函数，对所述振荡分量进行计算处理，输出电流前馈控制补偿量，所述相位超前环节的传递函数为：
其中，其中，
isqc(s)为牵引变流器的电流前馈控制补偿量，s为复频率，K为母线电压振荡抑制系数，Tref为电机给定转矩，np为电机极对数，ΨRref为电机给定磁链，Ud0为滤波后的母线电压值，ψm为电流前馈控制补偿量所需的超前相位，ωm为母线电压振荡角频率，uerr(s)为母线电压的振荡分量。
修正模块23，用于通过计算电机给定电流矢量的转矩分量和所述相位超前环节22输出的电流前馈控制补偿量之和，对所述电机给定电流矢量的转矩分量进行修正，获得修正后的电机给定电流矢量的转矩分量。
修正模块23将相位超前环节22获得的所述电流前馈控制补偿量和电机给定电流矢量的转矩分量进行求和计算，并将计算获得的结果作为修正后的电机给定电流矢量的转矩分量。
本实施例可实现根据母线电压的振荡分量实时修正电机给定电流矢量的转矩分量。
矢量控制模块24，用于根据所述修正模块23获得的修正后的电机给定电流矢量的转矩分量、电机给定电流矢量的励磁分量和电机实际电流矢量的转矩分量和励磁分量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量。
矢量控制模块24将修正模块23获得的修正后的电机给定电流矢量的转矩分量、电机给定电流矢量的励磁分量以及当前的电机实际电流矢量的转矩分量和励磁分量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量。
调制模块25，用于根据所述矢量控制模块24获得的电机电压矢量，通过进行PWM调制，获得牵引变流器的驱动信号。
调制模块25将矢量控制模块24获得的电机电压矢量进行PWM调制获得驱动信号。
具体的，所述PWM调制可以是空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse WidthModulation，简称SVPWM)。
驱动模块26，用于根据所述调制模块25获得的驱动信号驱动所述牵引变流器，以使所述牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为所述电机提供电压。
驱动模块26利用调制模块25获得的驱动信号驱动牵引变流器的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)，以使所述牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为电机提供电压。
以实际应用举例来说，在牵引系统工作时，通过DSP获得牵引变流器母线电压和电机实际电流矢量的转矩分量和励磁分量；当牵引变流器母线电压发生振荡时，振荡模块21中的低通滤波单元对牵引变流器母线电压进行低通滤波，获得滤波后的牵引变流器母线电压；振荡模块21中的计算单元计算低通滤波前后的牵引变流器母线电压之差，获得牵引变流器母线电压的振荡分量；信号传输单元221将牵引变流器母线电压的振荡分量输入相位超前环节22，获得电流前馈控制补偿量；修正模块23计算电机给定电流矢量的转矩分量和所述电流前馈控制补偿量之和，获得修正后的电机给定电流矢量的转矩分量；矢量控制模块24根据修正后的电机给定电流矢量的转矩分量、电机给定电流矢量的励磁分量和电机实际电流矢量的转矩分量和励磁分量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量；调制模块25根据电机电压矢量，通过PWM调制，获得牵引变流器的驱动信号，驱动模块26利用所述驱动信号驱动牵引变流器，以使牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为电机提供电压；电机在所述牵引变流器提供的电压的作用下获得修正后的实际电流，而根据电机工作原理，电机实际转矩与电机实际电流矢量成正比例关系，即根据牵引变流器母线电压振荡分量最终实现了实时修正电机实际转矩，从而实现了抑制牵引变流器母线电压的振荡的发散，提高了牵引系统的稳定性，进而抑制牵引变流器母线电压的振荡。
进一步的，由于牵引变流器母线电压的振荡会导致电机实际转矩的异常波动，因此，可以通过实时检测电机实际转矩的波动是否在预设的允许范围内，来判断牵引变流器母线电压的振荡。在此基础上，作为本实施例的一种实施方式，所述装置还可以包括：检测模块，用于实时检测电机的实际转矩的波动是否在预设的允许范围内，若未在允许范围内，则调整K、ψm和ωm中任一或多个参数的取值。
具体的，所述传递函数中的母线电压振荡角频率ωm和/或牵引变流器的电流前馈控制补偿量所需的超前相位ψm和/或母线电压振荡抑制系数K可以是在所述相位超前环节22中预设的固定值，也可以是可调节的。举例来说，假设当前电机的实际转矩的波动超过一定的波动范围，则可以通过对上述参数的取值进行调节，对所述电流前馈控制补偿量进行调整，从而最终实现减小电机的实际转矩的波动。具体的，通过调整母线电压振荡角频率ωm可以调整所述相位超前环节22输出的电流前馈控制补偿量的最大超前角频率，通过调整牵引变流器的电流前馈控制补偿量所需的超前相位ψm可以调整所述相位超前环节22输出的电流前馈控制补偿量的最大超前相位，通过调整母线电压振荡抑制系数K，可以调整所述相位超前环节22输出的电流前馈控制补偿量的大小。
图3为本实用新型实施例二提供的抑制牵引变流器母线电压振荡的装置的控制系统框图。如图3所示，振荡模块21中的低通滤波单元对牵引变流器母线电压Ud进行低通滤波，获得滤波后的牵引变流器母线电压，振荡模块21中的计算单元对滤波前后的牵引变流器母线电压进行求差，获得母线电压的振荡分量uerr，并将所述母线电压的振荡分量uerr输出给相位超前环节22进行处理；将相位超前环节22处理后获得的电流前馈控制补偿量isqc输出给修正模块23，修正模块23对电流前馈控制补偿量isqc和电机给定电流矢量的转矩分量isqref进行求和，获得修正后的电机给定电流矢量的转矩分量isq *，并将所述修正后的电机给定电流矢量的转矩分量isq *输出给矢量控制模块24；矢量控制模块24根据修正后的电机给定电流矢量的转矩分量isq *以及电机给定电流矢量的励磁分量isdref、当前的电机实际电流矢量的转矩分量isq和励磁分量isd，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量Us，并将所述电机电压矢量Us输出给调制模块25；调制模块25根据所述电机电压矢量Us，通过PWM调制获得驱动信号，并将所述驱动信号传输给驱动模块26；驱动模块26根据所述驱动信号驱动牵引变流器，以使牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为电机提供电压。本实施例提供的抑制牵引变流器母线电压振荡的装置，通过将母线电压的振荡分量输入相位超前环节，获得电流前馈控制补偿量，并根据电流前馈控制补偿量对电机给定电流矢量的转矩分量进行修正，根据修正后的电机给定电流矢量和电机实际电流矢量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量；根据电机电压矢量进行PWM调制，获得牵引变流器的驱动信号，使所述牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为所述电机提供电压。本实施例能够在满足电机控制性能的基础上，有效抑制牵引变流器母线电压振荡，使牵引变流器运行更加稳定，提高牵引系统可靠性。
图4为本实用新型实施例三提供的牵引系统的结构示意图。如图4所示，所述牵引系统包括：本实用新型实施例二中任一实施方式所述的抑制牵引变流器母线电压振荡的装置1、牵引变流器2和电机3；
所述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置1的输入端和所述牵引变流器2的输入端与接触网(未示出)连接，所述接触网用于提供所述牵引变流器2母线电压；所述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置1的输出端和所述牵引变流器2的输入端连接，所述牵引变流器2的输出端和所述电机3的输入端连接，所述电机3的输出端和所述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置1的输入端连接。
作为本实施例的一种实施方式，所述牵引系统还可以包括：设置在所述接触网和所述牵引变流器2之间的LC谐振滤波器；
所述LC谐振滤波器的输入端与接触网连接，所述LC谐振滤波器的输出端与所述牵引变流器2的输入端和所述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置1的输入端连接。
进一步的，所述牵引系统还可以包括：设置在所述接触网和所述LC谐振滤波器之间的受流回路，所述受流回路的输入端与接触网连接，所述受流回路的输出端与LC谐振滤波器的输入端和抑制牵引变流器母线电压振荡的装置1的输入端连接。
以实际应用举例来说，牵引系统工作时，LC谐振滤波器对从外部接触网或者接触轨获得能量进行滤波获得直流母线电压，LC谐振滤波器将获得的直流母线电压传输给牵引变流器2；抑制牵引变流器母线电压振荡的装置1从接触网和LC谐振滤波器获得直流母线电压等数据，从电机3获得电机当前的实际电流等数据，抑制牵引变流器母线电压振荡的装置1对各数据进行处理后，获得牵引变流器2的驱动信号，并通过所述驱动信号驱动牵引变流器2，牵引变流器2在所述驱动信号的驱动下对直流母线电压进行逆变或者整流，输出相应的变频变压交流电给电机3，电机3在所述变频变压交流电的驱动下工作在牵引状态或者电制动状态。
本实施例提供的牵引系统，通过牵引变流器从外部接触网获得能量，牵引变流器在抑制牵引变流器母线电压振荡的装置提供的驱动信号的驱动下，将所述能量通过逆变或者整流输出相应的变频变压交流电，使电机工作在牵引状态或者电制动状态。本实施例的牵引系统能够在满足电机控制性能的基础上，有效抑制牵引变流器母线电压振荡，使牵引变流器运行更加稳定，提高牵引系统可靠性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种抑制牵引变流器母线电压振荡的装置，其特征在于，包括：
振荡模块，用于获取母线电压的振荡分量；
相位超前环节，用于将所述振荡模块获得的母线电压的振荡分量作为自身的输入，输出电流前馈控制补偿量；
修正模块，用于通过计算电机给定电流矢量的转矩分量和所述相位超前环节输出的电流前馈控制补偿量之和，对所述电机给定电流矢量的转矩分量进行修正，获得修正后的电机给定电流矢量的转矩分量；
矢量控制模块，用于根据所述修正模块获得的修正后的电机给定电流矢量的转矩分量、电机给定电流矢量的励磁分量和电机实际电流矢量的转矩分量和励磁分量，通过矢量控制算法计算获得电机电压矢量；
调制模块，用于根据所述矢量控制模块获得的电机电压矢量，通过进行PWM调制，获得牵引变流器的驱动信号；
驱动模块，用于根据所述调制模块获得的驱动信号驱动所述牵引变流器，以使所述牵引变流器在所述驱动信号的驱动下为所述电机提供电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述振荡模块包括：
带通滤波单元，用于通过对牵引变流器母线电压进行带通滤波，获得所述母线电压的振荡分量；或者，
所述振荡模块包括：
低通滤波单元，用于对牵引变流器母线电压进行低通滤波；
计算单元，用于计算低通滤波前后的牵引变流器母线电压之差，获得所述母线电压的振荡分量。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相位超前环节包括：
信号传输单元，用于将所述母线电压的振荡分量作为所述相位超前环节的输入，传输给所述相位超前环节；
所述相位超前环节，具体用于根据相位超前环节的传递函数，对所述振荡分量进行计算处理，输出电流前馈控制补偿量，所述相位超前环节的传递函数为：
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</mrow>
其中，
isqc(s)为牵引变流器的电流前馈控制补偿量，s为复频率，K为母线电压振荡抑制系数，Tref为电机给定转矩，np为电机极对数，ΨRref为电机给定磁链，Ud0为母线电压滤波值，ψm为电流前馈控制补偿量所需的超前相位，ωm为母线电压振荡角频率，uerr(s)为母线电压的振荡分量。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
检测模块，用于实时检测电机的实际转矩的波动是否在预设的允许范围内，若未在允许范围内，则调整K、ψm和ωm中任一或多个参数的取值。
5.一种牵引系统，其特征在于，包括：如权利要求1-4中任一项所述的抑制牵引变流器母线电压振荡的装置、牵引变流器和电机；
所述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置的输入端和所述牵引变流器的输入端与接触网连接，所述接触网用于提供所述牵引变流器母线电压；所述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置的输出端和所述牵引变流器的输入端连接，所述牵引变流器的输出端和所述电机的输入端连接，所述电机的输出端和所述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置的输入端连接。
6.根据权利要求5所述的牵引系统，其特征在于，所述系统还包括：设置在所述接触网和所述牵引变流器之间的LC谐振滤波器；
所述LC谐振滤波器的输入端与接触网连接，所述LC谐振滤波器的输出端与所述牵引变流器的输入端和所述抑制牵引变流器母线电压振荡的装置的输入端连接。
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