[发明专利]用于地铁辅助逆变器控制的脉冲生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及逆变器控制技术，具体为用于地铁辅助逆变器控制的脉冲生成方法。

背景技术

地铁辅助电源系统是地铁车辆上一个必不可少的关键电气部件，负责为车辆空调、电热采暖、照明、空气压缩机、各系统控制电路及列车监视系统、车载信号和通信设备等交流负载提供稳定的三相四线制的380V(220V)电源。地铁辅助电源是由辅助逆变器得到的。辅助电源系统正常工作与否直接影响到列车的安全稳定运行、乘客乘坐的舒适度。

在地铁中辅助逆变器多采用传统两电平逆变器，因其技术成熟，控制简单，更容易实现。对于1500VDC供电电网电压，不仅要考虑到器件耐压，还要考虑到开关频率；器件耐压越高，为保护器件安全，开关频率亦不能太高；对于功率单元的损耗和温升限制，也使得开关频率不能太高；这使得常规的高频PWM调制不太适用于这种高压大功率场合。

发明内容

本发明解决常规的高频PWM调制不太适用于地铁辅助电源这种高压大功率场合的问题，提供一种用于地铁辅助逆变器控制的脉冲生成方法。该方法针对地铁辅助逆变器电压等级高，功率大，功率模块散热靠走行风冷进行的状况，在保证输出电压波形质量的前提下，以不提高开关频率，不增加系统损耗的前提下，采用特定消谐的方式进行脉冲的产生，保证模块温升满足要求，提高系统运行的稳定性、可靠性。

本发明是采用如下技术方案实现的：用于地铁辅助逆变器控制的脉冲生成方法，是由如下步骤实现的：

1)设三相系统任意一相在1/4周期内共有N个状态变化，N为5、7、9、11、13，根据电网周期的1/4周期偶对称，1/2周期奇对称，三相系统任意一相在半个周期内共有2N+1个状态变化(2N个状态变化，加上180°位置的状态变化)，一个周期有2(2N+1)个状态变化；

2)针对低电平开始或高电平开始的脉冲状态，得到以不同精度分布的调制度M和N个开关角值的对应查询表，调制度M的范围为0.1－1.15；进而再通过步骤1)所述的偶对称和奇对称得到以不同精度分布的调制度M和2(2N+1)个开关角值的对应查询表。调制度M的分布精度决定逆变器的控制精度，分布精度越高，控制精度越高；对应查询表与脉冲状态有关，即脉冲是低电平开始，得到的是低电平开始的对应查询表；脉冲是高电平开始，得到的是高电平开始的对应查询表。对应查询表的获得是本领域技术人员容易实现的：根据大量有关特定消谐开关角的生成方法文献资料，针对地铁辅助逆变器的控制要求选取以低电平开始或高电平开始的单极性输出电压波形为研究对象，利用傅立叶分析法、数值计算方法和MATLAB软件，对所建立的N个非线性方程组进行求解，得到不同调制度M下的N个开关角值；对N个非线性方程联立进行求解，先选取初始值，再用同伦叠代算法进行固定步数的叠代，再把同伦叠代算法的结果作为牛顿叠代算法的初值进行叠代计算，得到相应脉冲状态的不同调制度M下的各开关角值；

3)根据直流输入电压U_dc和所需输出线电压有效值U_s进行计算，同时考虑输出端滤波电抗器的压降ΔU_L和输出变压器的变比T，利用公式M1＝π(U_s*T/1.732+ΔU_L)/(1.414*U_dc)得出第一调制度值M1；将给定的输出线电压有效值与输出电压检测值相比较后，经过PI调节，得出第二调制度值M2,将两者的结果相加作为调制度M的实际输出值即M＝M1+M2；在逆变器启动过程和直流输入电压U_dc的变化超过100V时，要求实时更新M值，保证启动时间和防止直流突变引起的输出电压波动，而当直流输入电压U_dc的变化小于100V时，每个电网周期更新一次M值，保证输出电压的谐波特性良好；

4)根据步骤3)得到的调制度M的实际输出值经四舍五入，在对应查询表中查到对应的一组开关角值(4N+2个)。利用三相对称性，其它两相可以通过扩展查询任意一相的数据表得到对应的结果；