用于地鐵輔助逆變器控制的脈沖生成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及逆變器控制技術(shù)，具體為用于地鐵輔助逆變器控制的脈沖生成方法。解決常規(guī)的高頻PWM調(diào)制不太適用于地鐵輔助電源這種高壓大功率場合的問題。首先獲得調(diào)制度M和開關(guān)角值的對應(yīng)查詢表；再得到調(diào)制度M的實(shí)際輸出值，并根據(jù)實(shí)際輸出值在對應(yīng)查詢表中查得一組開關(guān)角值；選取5°為一個(gè)中斷周期，在查得的一組開關(guān)角值中尋找是否有落入當(dāng)前中斷周期所覆蓋的電角度范圍內(nèi)的一個(gè)或兩個(gè)開關(guān)角值，如果有一個(gè)則在該開關(guān)角值處發(fā)生脈沖狀態(tài)改變；如果有兩個(gè)開關(guān)角值則分別在兩個(gè)開關(guān)角值處發(fā)生脈沖狀態(tài)改變；如果沒有則脈沖狀態(tài)不發(fā)生改變。本發(fā)明可以滿足地鐵輔助逆變器在不同直流輸入電壓下對輸出電壓特性、網(wǎng)壓突變、負(fù)載突變的要求。
【專利說明】用于地鐵輔助逆變器控制的脈沖生成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及逆變器控制技術(shù)，具體為用于地鐵輔助逆變器控制的脈沖生成方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 地鐵輔助電源系統(tǒng)是地鐵車輛上一個(gè)必不可少的關(guān)鍵電氣部件，負(fù)責(zé)為車輛空 調(diào)、電熱采暖、照明、空氣壓縮機(jī)、各系統(tǒng)控制電路及列車監(jiān)視系統(tǒng)、車載信號(hào)和通信設(shè)備等 交流負(fù)載提供穩(wěn)定的三相四線制的380V(220V)電源。地鐵輔助電源是由輔助逆變器得到 的。輔助電源系統(tǒng)正常工作與否直接影響到列車的安全穩(wěn)定運(yùn)行、乘客乘坐的舒適度。
[0003] 在地鐵中輔助逆變器多采用傳統(tǒng)兩電平逆變器，因其技術(shù)成熟，控制簡單，更容易 實(shí)現(xiàn)。對于1500VDC供電電網(wǎng)電壓，不僅要考慮到器件耐壓，還要考慮到開關(guān)頻率；器件耐 壓越高，為保護(hù)器件安全，開關(guān)頻率亦不能太高；對于功率單元的損耗和溫升限制，也使得 開關(guān)頻率不能太高；這使得常規(guī)的高頻PWM調(diào)制不太適用于這種高壓大功率場合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明解決常規(guī)的高頻PWM調(diào)制不太適用于地鐵輔助電源這種高壓大功率場合 的問題，提供一種用于地鐵輔助逆變器控制的脈沖生成方法。該方法針對地鐵輔助逆變器 電壓等級高，功率大，功率模塊散熱靠走行風(fēng)冷進(jìn)行的狀況，在保證輸出電壓波形質(zhì)量的前 提下，以不提高開關(guān)頻率，不增加系統(tǒng)損耗的前提下，采用特定消諧的方式進(jìn)行脈沖的產(chǎn) 生，保證模塊溫升滿足要求，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性。
[0005] 本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：用于地鐵輔助逆變器控制的脈沖生成方法， 是由如下步驟實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 1)設(shè)三相系統(tǒng)任意一相在1/4周期內(nèi)共有N個(gè)狀態(tài)變化，N為5、7、9、11、13,根據(jù) 電網(wǎng)周期的1/4周期偶對稱，1/2周期奇對稱，三相系統(tǒng)任意一相在半個(gè)周期內(nèi)共有2N+1個(gè) 狀態(tài)變化（2N個(gè)狀態(tài)變化，加上180°位置的狀態(tài)變化），一個(gè)周期有2 (2N+1)個(gè)狀態(tài)變化；
[0007] 2)針對低電平開始或高電平開始的脈沖狀態(tài)，得到以不同精度分布的調(diào)制度M和 N個(gè)開關(guān)角值的對應(yīng)查詢表，調(diào)制度M的范圍為0. 1 - 1. 15 ;進(jìn)而再通過步驟1)所述的偶 對稱和奇對稱得到以不同精度分布的調(diào)制度M和2(2N+1)個(gè)開關(guān)角值的對應(yīng)查詢表。調(diào)制 度M的分布精度決定逆變器的控制精度，分布精度越高，控制精度越高；對應(yīng)查詢表與脈沖 狀態(tài)有關(guān)，即脈沖是低電平開始，得到的是低電平開始的對應(yīng)查詢表；脈沖是高電平開始， 得到的是高電平開始的對應(yīng)查詢表。對應(yīng)查詢表的獲得是本領(lǐng)域技術(shù)人員容易實(shí)現(xiàn)的：根 據(jù)大量有關(guān)特定消諧開關(guān)角的生成方法文獻(xiàn)資料，針對地鐵輔助逆變器的控制要求選取以 低電平開始或高電平開始的單極性輸出電壓波形為研究對象，利用傅立葉分析法、數(shù)值計(jì) 算方法和MATLAB軟件，對所建立的N個(gè)非線性方程組進(jìn)行求解，得到不同調(diào)制度M下的N 個(gè)開關(guān)角值；對N個(gè)非線性方程聯(lián)立進(jìn)行求解，先選取初始值，再用同倫疊代算法進(jìn)行固定 步數(shù)的疊代，再把同倫疊代算法的結(jié)果作為牛頓疊代算法的初值進(jìn)行疊代計(jì)算，得到相應(yīng) 脈沖狀態(tài)的不同調(diào)制度M下的各開關(guān)角值；
[0008] 3)根據(jù)直流輸入電壓Ud。和所需輸出線電壓有效值Us進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)考慮輸出 端濾波電抗器的壓降A(chǔ)U:和輸出變壓器的變比T，利用公式Ml = (US*T/1.732+AU)/ (1.414*Ud。）得出第一調(diào)制度值Ml ;將給定的輸出線電壓有效值與輸出電壓檢測值相比較 后，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)，得出第二調(diào)制度值M2,將兩者的結(jié)果相加作為調(diào)制度M的實(shí)際輸出值即M =M1+M2 ;在逆變器啟動(dòng)過程和直流輸入電壓Ud。的變化超過100V時(shí)，要求實(shí)時(shí)更新M值，保 證啟動(dòng)時(shí)間和防止直流突變引起的輸出電壓波動(dòng)，而當(dāng)直流輸入電壓U d。的變化小于100V 時(shí)，每個(gè)電網(wǎng)周期更新一次M值，保證輸出電壓的諧波特性良好；
[0009] 4)根據(jù)步驟3)得到的調(diào)制度M的實(shí)際輸出值經(jīng)四舍五入，在對應(yīng)查詢表中查到對 應(yīng)的一組開關(guān)角值（4N+2個(gè)）。利用三相對稱性，其它兩相可以通過擴(kuò)展查詢?nèi)我庖幌嗟臄?shù) 據(jù)表得到對應(yīng)的結(jié)果；
[0010] 5)選取5°為一個(gè)中斷周期，則任意一相電壓的一個(gè)電網(wǎng)周期分成72份；針對某 一中斷周期，在步驟4)得到的一組開關(guān)角值中尋找是否有落入該中斷周期所覆蓋的電角 度范圍內(nèi)的一個(gè)或兩個(gè)開關(guān)角值，如果有一個(gè)開關(guān)角值，則該中斷周期內(nèi)只用該一個(gè)開關(guān) 角值，即在該開關(guān)角值處發(fā)生脈沖狀態(tài)改變（從高到低或從低到高）；如果有兩個(gè)開關(guān)角 值，該中斷周期分別使用該兩個(gè)開關(guān)角值，即分別在兩個(gè)開關(guān)角值處發(fā)生脈沖狀態(tài)改變；如 果沒有則脈沖狀態(tài)不發(fā)生改變，即維持相鄰的上一個(gè)中斷周期最后的脈沖狀態(tài)；
[0011] 6)在當(dāng)前脈沖狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變的中斷周期，查表尋找下次脈沖狀態(tài)改變的開關(guān)角 值，在下次需脈沖狀態(tài)改變的前一個(gè)中斷周期更新開關(guān)角值的變化，在下次需脈沖狀態(tài)改 變的中斷周期更新脈沖狀態(tài)的變化；
[0012] 7)查詢表對應(yīng)的是U相的值，故查表時(shí)U相是從第1個(gè)開關(guān)角值開始查表，利用三 相對稱互差120°的特點(diǎn)，對于V相和W相給定的查表初值分別為第N+1個(gè)和第N個(gè)，避免 出現(xiàn)首脈沖出錯(cuò)的狀態(tài)。
[0013] 本發(fā)明為保證輸出電壓品質(zhì)，選用特定消諧的脈沖生成方式，通過開關(guān)時(shí)刻的優(yōu) 化選擇，消除選定的低次諧波，將低次諧波推移為高次諧波，后用濾波器將諧波濾除。本 發(fā)明具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1)在同樣的波形質(zhì)量下，利用特定消諧的脈沖得到的開關(guān)頻率最 低，從而降低開關(guān)損耗，提高轉(zhuǎn)化效率，這一點(diǎn)對高壓大功率設(shè)備具有特別的意義；2)由于 不含低次諧波，使濾波電感和濾波電容的尺寸有所減小，降低設(shè)計(jì)成本；3)直流側(cè)電壓利 用率高，可以達(dá)到1. 15倍。本發(fā)明可以滿足地鐵輔助逆變器在不同直流輸入電壓下對輸出 電壓特性、網(wǎng)壓突變、負(fù)載突變的要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為輔助變流器原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 用于地鐵輔助逆變器控制的脈沖生成方法，是由如下步驟實(shí)現(xiàn)的：
[0016] 1)設(shè)三相系統(tǒng)任意一相在1/4周期內(nèi)共有N個(gè)狀態(tài)變化，N為5、7、9、11、13,根據(jù) 電網(wǎng)周期的1/4周期偶對稱，1/2周期奇對稱，三相系統(tǒng)任意一相在半個(gè)周期內(nèi)共有2N+1個(gè) 狀態(tài)變化（2N個(gè)狀態(tài)變化，加上180°位置的狀態(tài)變化），一個(gè)周期有2 (2N+1)個(gè)狀態(tài)變化；
[0017] 2)針對低電平開始或高電平開始的脈沖狀態(tài)，得到以不同精度分布的調(diào)制度M和 N個(gè)開關(guān)角值的對應(yīng)查詢表，調(diào)制度M的范圍為0. 1 - 1. 15 ;進(jìn)而再通過步驟1)所述的偶 對稱和奇對稱得到得到以不同精度分布的調(diào)制度M和2(2N+1)個(gè)開關(guān)角值的對應(yīng)查詢表。
[0018] 《測控技術(shù)》雜志2003年22卷第8期，丁小松等發(fā)表的文章"SHEPWM技術(shù)應(yīng)用研 究";利用特定消諧技術(shù)進(jìn)行PWM逆變器的設(shè)計(jì)，《電工技術(shù)》2007. 06,孫柯等；SPWM逆變 器混合調(diào)制方法的研究，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005學(xué)位論文，劉磊。上述各文獻(xiàn)公開了對應(yīng)查詢 表的獲得方法，充分顯示了對應(yīng)查詢表獲得方法屬于現(xiàn)有成熟技術(shù)。
[0019] 調(diào)制度M的分布精度可選用0.01，即0. 1 - 1. 15的調(diào)制度M范圍劃分成115個(gè) 值，各值間相差0.01。調(diào)制度M的分布精度也可選用0.03,或0.05等。表1給出了分布精 度為0. 03, N等于7的一種低電平開始的對應(yīng)查詢表；表2給出了分布精度為0. 03, N等于 11的一種低電平開始的對應(yīng)查詢表。在表1、表2的基礎(chǔ)上根據(jù)步驟1)，每一個(gè)調(diào)制度M值 可對應(yīng)一組分別有30個(gè)和46個(gè)數(shù)據(jù)的開關(guān)角值組。
[0020] 表 1
[0021]
[0022]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于地鐵輔助逆變器控制的脈沖生成方法，其特征在于是由如下步驟實(shí)現(xiàn)的： 1) 設(shè)三相系統(tǒng)任意一相在1/4周期內(nèi)共有N個(gè)狀態(tài)變化，N為5、7、9、11、13，根據(jù)電網(wǎng) 周期的1/4周期偶對稱，1/2周期奇對稱，三相系統(tǒng)任意一相在半個(gè)周期內(nèi)共有2N+ 1個(gè)狀 態(tài)變化，一個(gè)周期有2 (2N+1)個(gè)狀態(tài)變化； 2) 針對低電平開始或高電平開始的脈沖狀態(tài)，得到以不同精度分布的調(diào)制度M和N個(gè) 開關(guān)角值的對應(yīng)查詢表，調(diào)制度M的范圍為0. 1 - 1. 15 ;進(jìn)而再通過步驟1)所述的偶對稱 和奇對稱得到以不同精度分布的調(diào)制度M和2 (2N+1)開關(guān)角值的對應(yīng)查詢表； 3) 根據(jù)直流輸入電壓Ud。和所需輸出線電壓有效值Us進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)考慮輸出端濾波 電抗器的壓降A(chǔ)隊(duì)和輸出變壓器的變比T，利用公式Ml=Ji(US*T/1. 732+A隊(duì))/( 1. 414*Udc) 得出第一調(diào)制度值Ml;將給定的輸出線電壓有效值與輸出電壓檢測值相比較后，經(jīng)過PI調(diào) 節(jié)，得出第二調(diào)制度值M2，將兩者的結(jié)果相加作為調(diào)制度M的實(shí)際輸出值即M=M1+M2 ;在逆 變器啟動(dòng)過程和直流輸入電壓Ud。的變化超過100V時(shí)，要求實(shí)時(shí)更新M值，而當(dāng)直流輸入電 壓Ud。的變化小于100V時(shí)，每個(gè)電網(wǎng)周期更新一次M值； 4) 根據(jù)步驟3)得到的調(diào)制度M的實(shí)際輸出值經(jīng)四舍五入，在對應(yīng)查詢表中查到對應(yīng)的 一組開關(guān)角值； 5) 選取5°為一個(gè)中斷周期，則任意一相電壓的一個(gè)電網(wǎng)周期分成72份；針對某一中 斷周期，在步驟4)得到的一組開關(guān)角值中尋找是否有落入該中斷周期所覆蓋的電角度范圍 內(nèi)的一個(gè)或兩個(gè)開關(guān)角值，如果有一個(gè)開關(guān)角值，則該中斷周期內(nèi)只用該一個(gè)開關(guān)角值，即 在該開關(guān)角值處發(fā)生脈沖狀態(tài)改變；如果有兩個(gè)開關(guān)角值，該中斷周期分別使用該兩個(gè)開 關(guān)角值，即分別在兩個(gè)開關(guān)角值處發(fā)生脈沖狀態(tài)改變；如果沒有則脈沖狀態(tài)不發(fā)生改變， 即維持相鄰的上一個(gè)中斷周期最后的脈沖狀態(tài)； 6) 在當(dāng)前脈沖狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變的中斷周期，查表尋找下次脈沖狀態(tài)改變的開關(guān)角值， 在下次需脈沖狀態(tài)改變的前一個(gè)中斷周期更新開關(guān)角值的變化，在下次需脈沖狀態(tài)改變的 中斷周期更新脈沖狀態(tài)的變化； 7) 查詢表對應(yīng)的是U相的值，故查表時(shí)U相是從第1個(gè)開關(guān)角值開始查表，利用三相對 稱互差120°的特點(diǎn)，對于V相和W相給定的查表初值分別為第N+1個(gè)和第N個(gè)，避免出現(xiàn) 首脈沖出錯(cuò)的狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】H02M7/537GK104377980SQ201410712107
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】李學(xué)亮, 司軍民, 吳曉威, 李康樂, 張雅錕, 廉澤波 申請人:永濟(jì)新時(shí)速電機(jī)電器有限責(zé)任公司