[发明专利]大功率辅助变流器及其控制方法

说明书

本发明涉及变流器，具体为一种大功率辅助变流器及其控制方法。解决大功率辅助变流器输出电压波动的问题。本发明通过提取中间直流母线电压的波动，用来修正三相逆变双闭环控制器的电流环设定值i_d^*、i_q^*，如此可以有效的减少中间母线及逆变器输出电压的振荡，在工程中具有广阔的应用前景。本发明尤其适用于交流电传动电力机车。

技术领域

本发明涉及变流器，具体为一种大功率辅助变流器及其控制方法。该大功率辅助变流器及其控制方法尤其适用于交流电传动电力机车。

背景技术

近年来，随着铁路技术的不断发展，电力机车已成为铁道运输的主力车型，而电力机车辅助变流器的模块化、高功率已成为发展趋势，这就对辅助变流器的控制提出了更高的要求。特别是在辅助变流器输出功率增加后，整个辅助控制系统的稳定性会降低，甚至导致系统发散。

大功率辅助变流器的主电路拓扑包含四大模块，晶闸管整流模块、直流母线滤波模块、逆变模块、输出滤波模块。通过晶闸管整流模块的晶闸管半控桥对输入交流1000V整流后，通过直流母线滤波模块的中间母线LC滤波后，得到中间直流750V电，然后经过逆变模块的三相辅助逆变器再经输出滤波模块的输出电感电容滤波后得到380V交流电。

逆变器的控制策略使用在旋转坐标系下的电压电流双闭环控制。静止坐标系下的交流量变换到旋转坐标系下为直流量，可以利用PI控制器获得无静差输出。首先在旋转坐标系下对被控对象进行建模，然后在旋转坐标系下对模型设置控制器，控制器的输出再变换到静止坐标系下就可以得到调制波，进而控制开关管生成三相交流电。

现有逆变器的控制器如图1所示，采用电压电流双闭环控制；外环包括两个PI调节器(比例积分调节器)，PI1和PI2，逆变器输出电压设定值u_d^*和逆变器输出电压采集值u_d作为PI1的输入，逆变器输出电压设定值u_q^*和逆变器输出电压采集值u_q作为PI2的输入；内环也包括两个PI调节器，PI3和PI4，逆变器输出电流设定值i_d^*和逆变器输出电流采集值i_d作为PI3的输入，逆变器输出电流设定值i_q^*和逆变器输出电流采集值i_q作为PI4的输入，其中，i_d^*在受到u_d、u_d^*控制的同时，还受到耦合ωC_fu_q的扰动，其中ω为输出角频率，C_f为输出滤波器的电容值。i_q^*在受到电u_q、u_q^*控制的同时，还受到耦合ωC_fu_d的扰动；电流内环控制量V_d、V_q作为控制器的输出用于产生控制逆变器的PWM脉冲信号，其中，V_d在受到电i_d^*、i_d、u_d控制的同时，还受到ωL_mi_q扰动的影响，L_m为低通滤波器的电感值，V_q在受到电i_q^*、i_q、u_q控制的同时，还受到ωL_mi_d扰动的影响。