基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置，所述裝置包括：電流傳感器連接于交流母線上；12脈波二極管整流機(jī)組與PWM整流機(jī)組并聯(lián)；PWM整流機(jī)組包括雙分裂變壓器和PWM變流單元；PWM變流單元包括兩個參數(shù)相同的PWM整流器，兩個PWM整流器的直流輸出端并聯(lián)；控制單元，與交流母線、電流傳感器、牽引供電裝置的輸出端和兩個PWM整流器的驅(qū)動端連接，用于對從交流母線采集的交流母線電壓、從牽引供電裝置的輸出端采集的直流電壓實(shí)際值Vdc、預(yù)先設(shè)定的直流電壓指令值Vdc*和電流傳感器采集的交流母線電流進(jìn)行處理獲得驅(qū)動脈沖，并將驅(qū)動脈沖輸出給PWM整流器，以使驅(qū)動脈沖作用后的PWM整流器對11，13次諧波電流進(jìn)行諧波補(bǔ)償，所述處理包括諧振控制。
【專利說明】基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力供電領(lǐng)域，尤其涉及一種基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，城市軌道交通普遍通過牽引供電裝置為機(jī)車車輛供電，所述牽引供電裝置通常采用24脈波二極管整流機(jī)組(由兩個12脈波整流機(jī)組構(gòu)成)，但是該技術(shù)方案的缺點(diǎn)是直流輸出電壓不可控，電壓波動范圍大，并且列車制動能量不能回饋交流電網(wǎng)。采用脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation,以下簡稱PWM)整流機(jī)組能夠克服二極管整流機(jī)組的以上諸多缺陷，實(shí)現(xiàn)輸出電壓可控以及能量的雙向流動。但是，僅采用PWM整流機(jī)組的牽引供電裝置的性能無法滿足實(shí)際要求，并且成本較高。
[0003]因此，現(xiàn)有的技術(shù)方案中，通過PWM整流機(jī)組與12脈波二極管整流機(jī)組并聯(lián)，利用二極管整流機(jī)組簡單可靠、過載能力強(qiáng)、價格低廉，以及PWM整流機(jī)組能量雙向流動、功率因數(shù)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，既能改善直流電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性，提高供電品質(zhì)，同時也能實(shí)現(xiàn)列車制動能量回饋交流電網(wǎng)。
[0004]但是，在上述現(xiàn)有的技術(shù)方案中，所述12脈波二極管整流機(jī)組中的二極管整流器會產(chǎn)生較多的11，13次諧波電流，導(dǎo)致11，13次諧波電流注入電網(wǎng)，影響交流母線電流呈現(xiàn)的正弦波形。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型提供一種基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置，用于解決12脈波二極管整流機(jī)組產(chǎn)生的11，13次諧波電流注入電網(wǎng)，導(dǎo)致影響交流母線電流呈現(xiàn)的正弦波形的問題。
[0006]本實(shí)用新型提供一種基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置，包括:電流傳感器、12脈波二極管整流機(jī)組、脈沖寬度調(diào)制PWM整流機(jī)組和控制單元；
[0007]所述電流傳感器連接于交流母線上；所述12脈波二極管整流機(jī)組，與所述PWM整流機(jī)組并聯(lián)；
[0008]所述PWM整流機(jī)組包括雙分裂變壓器和PWM變流單元；所述PWM變流單元包括兩個參數(shù)相同的PWM整流器，所述兩個PWM整流器的交流側(cè)分別與所述雙分裂變壓器的兩個副邊繞組連接，所述兩個PWM整流器的直流輸出端并聯(lián)；
[0009]所述控制單元，與所述交流母線、所述電流傳感器、所述牽引供電裝置的輸出端和所述兩個PWM整流器的驅(qū)動端連接，用于對從所述交流母線采集的交流母線電壓、從所述牽引供電裝置的輸出端采集的直流電壓實(shí)際值Vd。、預(yù)先設(shè)定的直流電壓指令值Vdc*和所述電流傳感器采集的交流母線電流進(jìn)行處理獲得驅(qū)動脈沖，并將所述驅(qū)動脈沖輸出給所述PWM整流器，以使所述驅(qū)動脈沖作用后的PWM整流器對11，13次諧波電流進(jìn)行諧波補(bǔ)償，其中所述處理包括諧振控制。[0010]所述控制單元包括:檢測模塊、運(yùn)算模塊、直流電壓環(huán)和交流電流環(huán)；
[0011]所述檢測模塊，與所述交流母線、所述牽引供電裝置的輸出端、所述運(yùn)算模塊和所述直流電壓環(huán)連接，用于將從所述交流母線采集到的交流母線電壓和從所述牽引供電裝置的輸出端采集到的直流電壓實(shí)際值Vd。分別發(fā)送給所述運(yùn)算模塊和所述直流電壓環(huán)；
[0012]所述運(yùn)算模塊，與所述交流電流環(huán)連接，用于將根據(jù)所述檢測模塊采集到的所述交流母線電壓獲得的所述雙分裂變壓器的副邊相角Θ i發(fā)送給所述交流電流環(huán)；
[0013]所述直流電壓環(huán)，與所述交流電流環(huán)連接，用于將根據(jù)所述檢測模塊采集到的所述直流電壓實(shí)際值vd。和預(yù)先設(shè)定的直流電壓指令值Vdc*獲得的有功電流指令值i/發(fā)送給所述交流電流環(huán)；
[0014]所述交流電流環(huán)，與所述電流傳感器和所述兩個PWM整流器的驅(qū)動端連接，用于對所述電流傳感器采集的交流母線電流、預(yù)先設(shè)定的無功電流指令值1:、所述直流電壓環(huán)獲得的所述有功電流指令值i/和所述運(yùn)算模塊獲得的所述副邊相角Θ i進(jìn)行處理獲得所述驅(qū)動脈沖，并向所述PWM整流器輸出所述驅(qū)動脈沖，其中所述處理包括諧振控制。
[0015]所述交流電流環(huán)具體包括:
[0016]變換子模塊，與所述電流傳感器和所述運(yùn)算模塊連接，用于根據(jù)所述運(yùn)算模塊獲得的所述副邊相角Θ i和通過對所述電流傳感器采集的交流母線電流進(jìn)行均流處理獲得的均流交流母線電流，通過abc/dq變換，獲得有功電流實(shí)際值id和無功電流實(shí)際值i,；
[0017]第一控制子模塊，與所述變換子模塊連接，用于對所述變換子模塊獲得的所述無功電流實(shí)際值i,和預(yù)先設(shè)定的無功電流指令值的求差結(jié)果分別進(jìn)行諧振控制和PI調(diào)節(jié)獲得諧波頻率的無功電壓矢量控制指令和基波頻率的無功電壓矢量控制指令，并將所述諧波頻率的無功電壓矢量控制指令和基波頻率的無功電壓矢量控制指令疊加，獲得無功電壓矢量控制指令vj;
[0018]第二控制子模塊，與所述變換子模塊和所述直流電壓環(huán)連接，用于對所述變換子模塊獲得的所述有功電流實(shí)際值id和所述直流電壓環(huán)獲得的所述有功電流實(shí)際值i/的求差結(jié)果分別進(jìn)行諧振控制和PI調(diào)節(jié)獲得諧波頻率的有功電壓矢量控制指令和基波頻率的有功電壓矢量控制指令，并將所述諧波頻率的有功電壓矢量控制指令和基波頻率的有功電壓矢量控制指令疊加，獲得有功電壓矢量控制指令v/ ；
[0019]空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM子模塊，與所述運(yùn)算模塊、第一控制子模塊、第二控制子模塊和所述PWM整流器連接，用于根據(jù)所述第一控制子模塊獲得的所述無功電壓矢量控制指令νΛ所述第二控制子模塊獲得的所述有功電壓矢量控制指令V/和所述運(yùn)算模塊獲得的所述副邊相角Θ i獲得所述驅(qū)動脈沖，并將所述驅(qū)動脈沖輸出給所述PWM整流器。
[0020]所述檢測模塊具體包括:
[0021]第一電壓傳感器，與所述交流母線和所述運(yùn)算模塊連接，用于將從所述交流母線采集得到的交流母線電壓發(fā)送給所述運(yùn)算模塊；
[0022]第二電壓傳感器，與所述牽引供電裝置的輸出端和所述直流電壓環(huán)連接，用于將從所述牽引供電裝置的輸出端采集得到的直流電壓實(shí)際值Vd。發(fā)送給所述直流電壓環(huán)。
[0023]所述運(yùn)算模塊具體包括:
[0024]鎖相環(huán)子模塊，用于通過對所述檢測模塊采集的所述交流母線電壓進(jìn)行鎖相獲得所述雙分裂變壓器的原邊相角Θ 2 ；[0025]第一加法子模塊，用于將所述鎖相環(huán)子模塊獲得的所述原邊相角Θ 2與負(fù)30度求和，獲得所述副邊相角θ1?5
[0026]所述直流電壓環(huán)具體包括:
[0027]第二加法子模塊，用于根據(jù)從所述牽引供電裝置的輸出端采集得到的直流電壓實(shí)際值Vd。和預(yù)先設(shè)定的所述直流電壓指令值Vdc*獲得直流電壓差值Λ Vdc ；
[0028]PI調(diào)節(jié)子模塊，用于對所述第二加法子模塊獲得的所述直流電壓差值MAc進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，獲得所述有功電流指令值i/。
[0029]所述PWM整流器包括:電容模塊、電感模塊、三個功率器件、直流支撐電容和直流快速熔斷器；
[0030]電容模塊，包括三個交流濾波電容，所述三個交流濾波電容的一端分別與所述雙分裂變壓器的副邊繞組的輸出端子連接，所述三個交流濾波電容的另一端互相連接；
[0031]電感模塊，包括三個交流濾波電感，所述三個交流濾波電感的一端分別與所述副邊繞組的輸出端子連接，所述三個交流濾波電感的另一端分別與三個功率器件的輸入端連接，且所述三個交流濾波電容與所述輸出端子的連接點(diǎn)分別在所述輸出端子和所述三個交流濾波電感之間；
[0032]所述三個功率器件的輸出端并聯(lián)，且與所述直流支撐電容并聯(lián)；
[0033]所述直流快速熔斷器，串聯(lián)于所述PWM整流器的正極輸出端上。
[0034]所述功率器件為半橋式絕緣柵雙極型晶體管IGBT模塊。
·[0035]本實(shí)用新型提供的基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置通過控制單元對其輸入信號進(jìn)行處理獲得用于驅(qū)動PWM整流器的驅(qū)動脈沖，且所述處理包括諧振控制，實(shí)現(xiàn)對12脈波二極管整流機(jī)組產(chǎn)生的11，13次諧波電流的可控性，從而使所述PWM整流器能夠?qū)ζ溥M(jìn)行諧波補(bǔ)償，降低其對電網(wǎng)的污染，進(jìn)而改善交流母線電流呈現(xiàn)的正弦波形。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置的電路原理不意圖；
[0038]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置的控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置的控制單元的電路原理示意圖；
[0040]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置的控制單元的另一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置的控制單元中交流電流環(huán)的電路原理示意圖；
[0042]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置中PWM整流器的電路原理示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0043]為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0044]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，所述裝置包括:電流傳感器11、12脈波二極管整流機(jī)組12、脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation,以下簡稱PWM)整流機(jī)組13和控制單元14 ；
[0045]電流傳感器11連接于交流母線上；12脈波二極管整流機(jī)組12，與PWM整流機(jī)組13并聯(lián)；
[0046]PWM整流機(jī)組13包括雙分裂變壓器131和PWM變流單元132 ;PWM變流單元132包括兩個參數(shù)相同的PWM整流器，所述兩個PWM整流器的交流側(cè)分別與雙分裂變壓器131的兩個副邊繞組連接，所述兩個PWM整流器的直流輸出端并聯(lián)；
[0047]控制單元14，與所述交流母線、電流傳感器11、所述牽引供電裝置的輸出端和所述兩個PWM整流器的驅(qū)動端連接，用于對從所述交流母線采集的交流母線電壓、從所述牽引供電裝置的輸出端采集的直流電壓實(shí)際值1。、預(yù)先設(shè)定的直流電壓指令值Vdc*和電流傳感器11采集的交流母線電流進(jìn)行處理獲得驅(qū)動脈沖，并將所述驅(qū)動脈沖輸出給所述PWM整流器，以使所述驅(qū)動脈沖作用后的PWM整流器對11，13次諧波電流進(jìn)行諧波補(bǔ)償，其中所述處理包括諧振控制。
[0048]其中，所述牽引供電裝置的輸出端為PWM整流機(jī)組13的直流輸出端和12脈波二極管整流機(jī)組12的直流輸出端并聯(lián)后的輸出端。
[0049]具體的，控制單元14通過在PWM整流器的控制策略中添加諧波控制的方法，將12脈波整流機(jī)組產(chǎn)生的諧波電流在PWM整流機(jī)組中反向抵消，實(shí)現(xiàn)對諧波的補(bǔ)償，保證了所述交流母線電流呈現(xiàn)為正弦波。
[0050]具體的，12脈波二極管整流機(jī)組12包括移相變壓器121和二極管變流單元122，其中，二極管變流單元122具體包括兩個參數(shù)相同的二極管整流器，所述兩個二極管整流器的交流側(cè)分別與移相變壓器121的兩個副邊繞組連接，所述兩個二極管整流器的直流輸出端并聯(lián)。
[0051]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置通過控制單元對其輸入信號進(jìn)行處理，獲得用于驅(qū)動PWM整流器的驅(qū)動脈沖，且所述處理包括諧振控制，實(shí)現(xiàn)對12脈波二極管整流機(jī)組產(chǎn)生的11，13次諧波電流的可控性，從而使所述PWM整流器能夠?qū)ζ溥M(jìn)行諧波補(bǔ)償，降低其對電網(wǎng)的污染，進(jìn)而改善交流母線電流呈現(xiàn)的正弦波形。
[0052]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置的電路原理示意圖，如圖2所示，根據(jù)圖1對應(yīng)的實(shí)施例所述的基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置，控制單元14未示出，所述兩個PWM整流器的直流輸出端并聯(lián)，所述兩個二極管整流器的直流輸出端并聯(lián)，PWM整流機(jī)組13和12脈波二極管整流機(jī)組12的輸出端并聯(lián)。
[0053]具體的，移相變壓器121的原邊繞組可以采用三角型連接，移相變壓器121的兩個副邊繞組分別采用星型連接和三角型連接，以使移相變壓器131的兩個副邊繞組的輸出電壓的相位差為30度；雙分裂變壓器131的原邊繞組可以采用星型連接，雙分裂變壓器131的兩個副邊繞組均采用三角型連接，以使雙分裂變壓器131的原邊繞組和兩個副邊繞組的輸出電壓的相位差均為30度。
[0054]可選的，所述裝置還可以包括濾波電感，所述濾波電感連接在所述兩個二極管整流器并聯(lián)后的正極輸出端和所述兩個PWM整流器并聯(lián)后的正極輸出端之間，用于對輸出的直流電壓進(jìn)行濾波，提高所述牽引供電裝置的性能。
[0055]在實(shí)際應(yīng)用中，所述PWM整流器為可控整流器，即其輸出特性可以調(diào)整，其控制原理為，所述PWM整流器從電網(wǎng)吸收的有功功率與無功功率可以用有功電流和無功電流來表征。有功電流表示PWM整流器從交流側(cè)向直流側(cè)傳輸?shù)墓β?；無功電流表示PWM整流器從網(wǎng)側(cè)吸收的無功功率。因此，所述PWM整流器可以在所述PWM整流器對應(yīng)的控制單元輸出的驅(qū)動信號的驅(qū)動作用下，實(shí)現(xiàn)有功和無功電流的實(shí)際值跟隨預(yù)設(shè)的指令值變化，即實(shí)現(xiàn)其可控性。
[0056]本實(shí)施例提供的基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置通過在PWM整流器的控制單元中引入諧振控制，最終將12脈波整流機(jī)組產(chǎn)生的11，13次諧波電流進(jìn)行諧波補(bǔ)償，從而改善交流母線電流呈現(xiàn)正弦波形。
[0057]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置中控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)圖1或圖2對應(yīng)的實(shí)施例中所述的裝置，如圖3所示，控制單元14具體包括:檢測模塊31、運(yùn)算模塊32、直流電壓環(huán)33和交流電流環(huán)34 ；
[0058]檢測模塊31，與所述交流母線(圖中未示出)、所述牽引供電裝置的輸出端(圖中未示出)、運(yùn)算模塊32和直流電壓環(huán)33連接，用于將從所述交流母線采集到的交流母線電壓和從所述牽引供電裝置的輸出端采集到的直流電壓實(shí)際值1。分別發(fā)送給運(yùn)算模塊32和直流電壓環(huán)33 ；
[0059]運(yùn)算模塊32，與交流電流環(huán)34連接，用于將根據(jù)檢測模塊31采集到的所述交流母線電壓獲得的雙分裂變壓器131的副邊相角Θ i發(fā)送給交流電流環(huán)34 ；
[0060]直流電壓環(huán)33，與交流電`流環(huán)34連接，用于將根據(jù)檢測模塊31采集到的所述直流電壓實(shí)際值vd。和預(yù)先設(shè)定的直`流電壓指令值Vdc*獲得的有功電流指令值i/發(fā)送給交流電流環(huán)34 ；
[0061]交流電流環(huán)34，與電流傳感器11 (圖中未示出)和所述兩個PWM整流器的驅(qū)動端(圖中未示出)連接，用于對電流傳感器11采集的交流母線電流、預(yù)先設(shè)定的無功電流指令值1:、直流電壓環(huán)33獲得的所述有功電流指令值i/和運(yùn)算模塊32獲得的所述副邊相角Θ !進(jìn)行處理獲得所述驅(qū)動脈沖，并向所述PWM整流器(圖中未示出)輸出所述驅(qū)動脈沖，其中所述處理包括諧振控制。
[0062]具體的，檢測模塊31可以包括:第一電壓傳感器311，與所述交流母線(圖中未示出)和運(yùn)算模塊32連接，用于將從所述交流母線采集得到的交流母線電壓發(fā)送給運(yùn)算模塊
32;第二電壓傳感器312，與所述牽引供電裝置的輸出端(圖中未示出)和直流電壓環(huán)33連接，用于將從所述牽引供電裝置的輸出端采集得到的直流電壓實(shí)際值Vd。發(fā)送給直流電壓環(huán)33。
[0063]運(yùn)算模塊32具體可以包括:鎖相環(huán)(Phase Locked Loop,簡稱PLL)子模塊321，用于通過對檢測模塊31采集的所述交流母線電壓進(jìn)行鎖相獲得雙分裂變壓器131的原邊相角θ2;第一加法子模塊322，用于將鎖相環(huán)子模塊321獲得的所述原邊相角θ2與負(fù)30度求和，即減去η/6，獲得所述副邊相角θ1()[0064]直流電壓環(huán)33具體包括:第二加法子模塊331，用于根據(jù)從所述牽引供電裝置的輸出端采集得到的直流電壓實(shí)際值Vd。和預(yù)先設(shè)定的所述直流電壓指令值Vdc*求差獲得直流電壓差值A(chǔ)Vd。；比例積分(Proportional Integral,簡稱PI)調(diào)節(jié)子模塊332,用于對所述第二加法子模塊獲得的所述直流電壓差值△ Vd。進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，獲得所述有功電流指令值氺
1d °
[0065]其中，第一加法子模塊322與交流電流環(huán)34連接，以向交流電流環(huán)34輸出所述副邊相角Θ 1 ；PI調(diào)節(jié)子模塊332與交流電流環(huán)34連接，以向交流電流環(huán)34輸出所述有功電流指令值i/。
[0066]在實(shí)際應(yīng)用中，所述控制單元的控制方法為:所述PWM整流器的有功電流指令值i/可以通過直流電壓環(huán)獲得；所述無功電流指令值可以通過預(yù)先設(shè)定獲得。將所述有功電流指令值和所述無功電流指令值與通過將交流母線電流和副邊相角進(jìn)行運(yùn)算和abc/dq變換獲得的所述有功電流實(shí)際值和所述無功電流實(shí)際值作為輸入信號，經(jīng)過處理輸出用于驅(qū)動所述PWM整流器的驅(qū)動脈沖，所述處理包括諧振控制，其中，預(yù)先設(shè)定的無功電流指令值可以取0。
[0067]具體的，圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置的控制單元的電路原理示意圖，根據(jù)圖3對應(yīng)的實(shí)施例中所述的裝置，如圖4所示，檢測模塊31 (圖中未示出)采集的所述交流母線電壓經(jīng)過鎖相環(huán)PLL獲得雙分裂變壓器131的原邊相角θ2;通過將所述原邊相角02與π/6求差，獲得所述副邊相角，并將所述副邊相角輸出給交流電流環(huán)。檢測模塊31 (圖中未示出)采集的直流電壓實(shí)際值％。與預(yù)先設(shè)定的直流電壓預(yù)設(shè)值Vdc*經(jīng)過求差后獲得直流電壓差值A(chǔ)Vd。；所述直流電壓差值A(chǔ)Vd。經(jīng)過PI調(diào)節(jié)，獲得有功電流指令值id%并將有功電流指令值i/輸出給所述交流電流環(huán)。具體的，還將電流傳感器11 (圖中未示出)采集的交流母線電流和預(yù)先設(shè)定的無功電流指令值輸入給所述交流電流環(huán)。
[0068]其中，交流電流環(huán)34對電流傳感器11采集的交流母線電流、預(yù)先設(shè)定的無功電流指令值i/、直流電壓環(huán)33獲得的所述有功電流指令值i/和運(yùn)算模塊32獲得的所述副邊相角進(jìn)行處理獲得所述驅(qū)動脈沖，并向所述PWM整流器的驅(qū)動端(圖中未示出)輸出所述驅(qū)動脈沖，其中所述處理包括諧振控制。交流電流環(huán)34的輸出端gl_g6，與PWM變流單元132 (圖中未示出)中的任一 PWM整流器的驅(qū)動端對應(yīng)連接，通過將輸出端gl_g6分路得到的交流電流環(huán)34的輸出端gl' -g6/，與PWM變流單元132 (圖中未示出)中的另一 PWM整流器的驅(qū)動端對應(yīng)連接，上述交流電流環(huán)34的輸出端用于向所述兩個PWM整流器的驅(qū)動端分別輸出相同的驅(qū)動脈沖。
[0069]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置的控制單元的另一結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)圖3對應(yīng)的實(shí)施例所述的裝置，如圖5所示，交流電流環(huán)34具體包括:
[0070]變換子模塊51，與電流傳感器11 (圖中未示出)和運(yùn)算模塊32連接，用于根據(jù)運(yùn)算模塊32獲得的所述副邊相角Θ i和通過對電流傳感器11采集的交流母線電流進(jìn)行均流處理獲得的均流交流母線電流，通過abc/dq變換，獲得有功電流實(shí)際值^和無功電流實(shí)際值i“
[0071] 第一控制子模塊52，與變換子模塊51連接，用于對變換子模塊51獲得的所述無功電流實(shí)際值i,和預(yù)先設(shè)定的無功電流指令值的求差結(jié)果分別進(jìn)行諧振控制和PI調(diào)節(jié)獲得諧波頻率的無功電壓矢量控制指令和基波頻率的無功電壓矢量控制指令，并將所述諧波頻率的無功電壓矢量控制指令和基波頻率的無功電壓矢量控制指令疊加，獲得無功電壓矢量控制指令vj ;
[0072]第二控制子模塊53，與變換子模塊51和直流電壓環(huán)33連接，用于對變換子模塊51獲得的所述有功電流實(shí)際值id和直流電壓環(huán)33獲得的所述有功電流實(shí)際值i/的求差結(jié)果分別進(jìn)行諧振控制和PI調(diào)節(jié)獲得諧波頻率的有功電壓矢量控制指令和基波頻率的有功電壓矢量控制指令，并將所述諧波頻率的有功電壓矢量控制指令和基波頻率的有功電壓矢量控制指令疊加，獲得有功電壓矢量控制指令v/ ;
[0073]空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM子模塊54，與運(yùn)算模塊32、第一控制子模塊52、第二控制子模塊53和所述兩個PWM整流器(圖中未示出)的驅(qū)動端連接，用于根據(jù)第一控制子模塊52獲得的所述無功電壓矢量控制指令v:、第二控制子模塊53獲得的所述有功電壓矢量控制指令v/和運(yùn)算模塊32獲得的所述副邊相角Θ i獲得所述驅(qū)動脈沖，并將所述驅(qū)動脈沖輸出給所述兩個PWM整流器。
[0074]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置的控制單元的交流電流環(huán)的電路原理示意圖，根據(jù)圖5對應(yīng)的實(shí)施例所述的裝置，如圖6所示，SVPWM子模塊輸出的一組驅(qū)動脈沖gl?g6用于驅(qū)動所述兩個PWM整流器中的一個PWM整流器，另外，還可以通過將SVPWM子模塊輸出的驅(qū)動脈沖gl?g6進(jìn)行分路得到另一組驅(qū)動脈沖gl'?g6'(圖中未示出)，以驅(qū)動所述兩個PWM整流器中的另一個PWM整流器。
[0075]如圖6所示，根據(jù)檢測模塊31 (圖中未示出)采集的所述交流母線電流通過均流處理1/2后，和從運(yùn)算模塊32 (圖中未示出)獲得的所述副邊相角，經(jīng)過abc/dq變換獲得有功電流實(shí)際值id和無功電流實(shí)際值i,;分別的，對有功電流實(shí)際值id和從直流電壓環(huán)
33(圖中未示出)獲得的有功電流實(shí)際值i/的求差結(jié)果，分別進(jìn)行諧振控制和PI調(diào)節(jié)獲得諧波頻率的有功電壓矢量控制指令和基波頻率的有功電壓矢量控制指令，并將所述諧波頻率的有功電壓矢量控制指令和基波頻率的有功電壓矢量控制指令疊加，獲得有功電壓矢量控制指令v/ ;對無功電流實(shí)際值i,和預(yù)先設(shè)定的無功電流指令值的求差結(jié)果，分別進(jìn)行諧振控制和PI調(diào)節(jié)獲得諧波頻率的無功電壓矢量控制指令和基波頻率的無功電壓矢量控制指令，并將所述諧波頻率的無功電壓矢量控制指令和基波頻率的無功電壓矢量控制指令疊加，獲得無功電壓矢量控制指令V:;將所述無功電壓矢量控制指令νΛ所述有功電壓矢量控制指令V/和所述副邊相角Θ i通過所述SVPWM子模塊獲得所述驅(qū)動脈沖，并將所述SVPWM子模塊的輸出端gl_g6通過分路，將其輸出的所述驅(qū)動脈沖輸出給所述兩個PWM整流器中。
[0076]其中，abc/dq變換的具體原理為:所述abc/dq變換用于使abc靜止坐標(biāo)系中的第η次正序分量變換成dq坐標(biāo)系中的第η-1次分量，而abc靜止坐標(biāo)系中的第η次負(fù)序分量將變換成dq坐標(biāo)系中第n+1次分量。所以所述交流母線電流中諧波電流的13次正序分量和11次負(fù)序分量經(jīng)過所述abc/dq坐標(biāo)變換后，均變換為12次分量。因此，在dq坐標(biāo)系中，可以米用諧振頻率為12次諧波頻率，即諧振頻率為12 ω 12的諧振控制冋時控制11次、13次諧波電流，以實(shí)現(xiàn)對11次、13次諧波電流可控的目的。[0077]具體的，所述諧振控制具有如下形式的傳遞函數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種基于諧振控制策略的能饋式牽引供電裝置，其特征在于，包括:電流傳感器、12脈波二極管整流機(jī)組、脈沖寬度調(diào)制PWM整流機(jī)組和控制單元；所述電流傳感器連接于交流母線上；所述12脈波二極管整流機(jī)組，與所述PWM整流機(jī)組并聯(lián)；所述PWM整流機(jī)組包括雙分裂變壓器和PWM變流單元；所述PWM變流單元包括兩個參數(shù)相同的PWM整流器，所述兩個PWM整流器的交流側(cè)分別與所述雙分裂變壓器的兩個副邊繞組連接，所述兩個PWM整流器的直流輸出端并聯(lián)；所述控制單元，與所述交流母線、所述電流傳感器、所述牽引供電裝置的輸出端和所述兩個PWM整流器的驅(qū)動端連接，用于對從所述交流母線采集的交流母線電壓、從所述牽引供電裝置的輸出端采集的直流電壓實(shí)際值Vd。、預(yù)先設(shè)定的直流電壓指令值Vdc*和所述電流傳感器采集的交流母線電流進(jìn)行處理獲得驅(qū)動脈沖，并將所述驅(qū)動脈沖輸出給所述PWM整流器，以使所述驅(qū)動脈沖作用后的PWM整流器對11，13次諧波電流進(jìn)行諧波補(bǔ)償，其中所述處理包括諧振控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述控制單元包括:檢測模塊、運(yùn)算模塊、直流電壓環(huán)和交流電流環(huán)；所述檢測模塊，與所述交流母線、所述牽引供電裝置的輸出端、所述運(yùn)算模塊和所述直流電壓環(huán)連接，用于將從所述交流母線采集到的交流母線電壓和從所述牽引供電裝置的輸出端采集到的直流電壓實(shí)際值Vd。分別發(fā)送給所述運(yùn)算模塊和所述直流電壓環(huán)；所述運(yùn)算模塊，與所述交流電流環(huán)連接，用于將根據(jù)所述檢測模塊采集到的所述交流母線電壓獲得的所述雙分裂變壓器的副邊相角Θ i發(fā)送給所述交流電流環(huán)；所述直流電壓環(huán)，與所述交流電流環(huán)連接，用于將根據(jù)所述檢測模塊采集到的所述直流電壓實(shí)際值Vd。和預(yù)先設(shè)定的直流電壓指令值Vdc*獲得的有功電流指令值i/發(fā)送給所述交流電流環(huán)；`所述交流電流環(huán)，與所述電流傳感器和所述兩個PWM整流器的驅(qū)動端連接，用于對所述電流傳感器采集的交流母線電流、預(yù)先設(shè)定的無功電流指令值i/、所述直流電壓環(huán)獲得的所述有功電流指令值i/和所述運(yùn)算模塊獲得的所述副邊相角Θ i進(jìn)行處理獲得所述驅(qū)動脈沖，并向所述PWM整流器輸出所述驅(qū)動脈沖，其中所述處理包括諧振控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述交流電流環(huán)具體包括:變換子模塊，與所述電流傳感器和所述運(yùn)算模塊連接，用于根據(jù)所述運(yùn)算模塊獲得的所述副邊相角Θ i和通過對所述電流傳感器采集的交流母線電流進(jìn)行均流處理獲得的均流交流母線電流，通過abc/dq變換，獲得有功電流實(shí)際值id和無功電流實(shí)際值i,；第一控制子模塊，與所述變換子模塊連接，用于對所述變換子模塊獲得的所述無功電流實(shí)際值i,和預(yù)先設(shè)定的無功電流指令值的求差結(jié)果分別進(jìn)行諧振控制和PI調(diào)節(jié)獲得諧波頻率的無功電壓矢量控制指令和基波頻率的無功電壓矢量控制指令，并將所述諧波頻率的無功電壓矢量控制指令和基波頻率的無功電壓矢量控制指令疊加，獲得無功電壓矢量控制指令ν,;第二控制子模塊，與所述變換子模塊和所述直流電壓環(huán)連接，用于對所述變換子模塊獲得的所述有功電流實(shí)際值id和所述直流電壓環(huán)獲得的所述有功電流實(shí)際值i/的求差結(jié)果分別進(jìn)行諧振控制和PI調(diào)節(jié)獲得諧波頻率的有功電壓矢量控制指令和基波頻率的有功電壓矢量控制指令，并將所述諧波頻率的有功電壓矢量控制指令和基波頻率的有功電壓矢量控制指令疊加，獲得有功電壓矢量控制指令v/ ;空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM子模塊，與所述運(yùn)算模塊、第一控制子模塊、第二控制子模塊和所述PWM整流器連接，用于根據(jù)所述第一控制子模塊獲得的所述無功電壓矢量控制指令v/、所述第二控制子模塊獲得的所述有功電壓矢量控制指令v/和所述運(yùn)算模塊獲得的所述副邊相角Θ i獲得所述驅(qū)動脈沖，并將所述驅(qū)動脈沖輸出給所述PWM整流器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述檢測模塊具體包括:第一電壓傳感器，與所述交流母線和所述運(yùn)算模塊連接，用于將從所述交流母線采集得到的交流母線電壓發(fā)送給所述運(yùn)算模塊；第二電壓傳感器，與所述牽引供電裝置的輸出端和所述直流電壓環(huán)連接，用于將從所述牽引供電裝置的輸出端采集得到的直流電壓實(shí)際值Vd。發(fā)送給所述直流電壓環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述運(yùn)算模塊具體包括:鎖相環(huán)子模塊，用于通過對所述檢測模塊采集的所述交流母線電壓進(jìn)行鎖相獲得所述雙分裂變壓器的原邊相角Θ 2 ；第一加法子模塊，用于將所述鎖相環(huán)子模塊獲得的所述原邊相角Θ 2與負(fù)30度求和，獲得所述副邊相角θ1?5
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述直流電壓環(huán)具體包括:第二加法子模塊，用于根據(jù)從所述牽引供電裝置的輸出端采集得到的直流電壓實(shí)際值vdc和預(yù)先設(shè)定的所述直流電壓指令值vdc*獲得直流電壓差值△ vd。；PI調(diào)節(jié)子模塊，用于對所述第二加法子模塊獲得的所述直流電壓差值△ vd。進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，獲得所述有功電流指令值i/。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述PWM整流器包括:電容模塊、電感模塊、三個功率器件、直流支撐電容和直流快速熔斷器；電容模塊，包括三個交流濾波電容，所述三個交流濾波電容的一端分別與所述雙分裂變壓器的副邊繞組的輸出端子連接，所述三個交流濾波電容的另一端互相連接；電感模塊，包括三個交流濾波電感，所述三個交流濾波電感的一端分別與所述副邊繞組的輸出端子連接，所述三個交流濾波電感的另一端分別與三個功率器件的輸入端連接，且所述三個交流濾波電容與所述輸出端子的連接點(diǎn)分別在所述輸出端子和所述三個交流濾波電感之間；所述三個功率器件的輸出端并聯(lián)，且與所述直流支撐電容并聯(lián)；所述直流快速熔斷器，串聯(lián)于所述PWM整流器的正極輸出端上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述功率器件為半橋式絕緣柵雙極型晶體管IGBT模塊。
【文檔編號】H02M7/219GK203460723SQ201320561652
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】張鋼, 丁建隆, 王磊, 朱士友, 牟富強(qiáng), 蔡昌俊, 劉志剛, 刁利軍, 徐春梅, 邱瑞昌 申請人:廣州市地下鐵道總公司, 北京交通大學(xué), 北京千駟馭電氣有限公司