[发明专利]一种模块化的能量回馈式牵引供电装置及控制方法

权利要求书

1.一种模块化的能量回馈式牵引供电装置，其特征在于，它包括：

一个多绕组变压器(1)，该变压器由一个原边绕组和多个副边绕组组成，原边绕组接交流电网，采用星形连接，每个副边绕组连接一个PWM整流器单元，各副边绕组的连接方式相同，均采用三角形连接；

多个PWM整流器单元(2)，所有整流器单元的直流输出都并联到直流母线上作为为该供电装置的总输出；

一个中央控制器(3)，该中央控制器与各PWM整流器单元通过CAN网络(4)互联。

2.根据权利要求1所述的一种模块化的能量回馈式牵引供电装置，其特征在于：中央控制器(3)包括一个直流电压传感器和一块CPU板，该CPU板含一个数字信号处理器和一个CAN通信接口。

3.根据权利要求1所述的一种模块化的能量回馈式牵引供电装置，其特征在于，各PWM整流器单元中功率开关管选用高集成度智能功率模块。

4.一种实施权利要求1所述基于模块化的能量回馈式牵引供电装置的控制方法，其特征在于：

在中央控制器上设置一个直流电压环，控制直流输出电压稳定，每个PWM整流器单元设置交流电流内环，控制流经各PWM整流器单元交流电流，交流电流内环采用基于同步旋转坐标系的电流解耦控制方法，将电流转换到同步旋转dq坐标系后分别对d轴电流和q轴电流进行PI控制，d轴电流的给定值由中央控制器上的直流电压外环的输出决定，q轴电流给定为0；

中央控制器通过控制投入运行的PWM整流器单元的数量、开关频率，进行运行效率优化，通过调节各PWM整流器单元d轴电流分配系数，实现功率均分；

采用错时空间矢量脉宽调制减小交流电流谐波。

5.根据权利要求4所述的一种基于模块化的能量回馈式牵引供电装置的控制方法，其特征在于：所述基于同步旋转坐标系的电流解耦控制，采用下列步骤：

a，检测两相交流电压，进行锁相，得到电网电压同步角；

b，检测两相交流电流，并转换到同步旋转dq坐标系；

c，分别对d轴电流和q轴电流进行PI控制；

d，将d、q轴PI调节器的输出用于空间矢量脉宽调制，产生6路驱动脉冲。

6.根据权利要求4所述的一种基于模块化的能量回馈式牵引供电装置的控制方法，其特征在于：所述基于同步旋转坐标系的电流解耦控制所采用的锁相方法为软件锁相，包括坐标变换、滤波、PI控制、积分4个部分，其工作流程为，先初设一个同步角，利用该同步角将交流电压转换到同步旋转坐标系，然后将得到q轴分量送入滤波环节滤波，然后作为反馈量与给定值0相减进行PI调节，PI的输出作为对角频率修正量，加上额定角频率后进行积分，得到新的同步角，再利用这个新的同步角重复以上步骤，闭环稳定时，所得同步角即为电网电压同步角。

7.根据权利要求4所述的一种基于模块化的能量回馈式牵引供电装置的控制方法，其特征在于：所述运行效率优化表现为，负载较大时，减小各PWM整流器单元的开关频率或增加投入运行的PWM整流器单元数量；负载较小时，增大各PWM整流器单元的开关频率或减少投入运行的PWM整流器数量。

8.根据权利要求4所述的一种基于模块化的能量回馈式牵引供电装置的控制方法，其特征在于：所述错时空间矢量脉宽调制，是以某个时刻点为参考，将各PWM整流器空间矢量脉宽调制点相互错开1/N个调制周期，N为并联运行的PWM整流器单元数量。