[发明专利]一种车网系统多工况运行下的性能改善方法

说明书

本发明公开了一种车网系统多工况运行下的性能改善方法，包括以下步骤：步骤1：建立单个牵引传动单元在d‑q坐标系下数学模型；步骤2：将基于状态观测的滑模变结构控制策略应用在EMUs的网侧变流器LSC中；本发明不依赖于精确的数学模型，对复杂系统有很好的适应性；与传统PI控制以及SMC相比，ESO+SMC的控制策略具有更好的控制性能，如制动时的电压波动更小，对系统参数变化以及负载变化具有更强的鲁棒性，并能有效抑制在动车组运行过程中产生的低频振荡现象。

技术领域

本发明涉及电气化铁路动车组技术领域，具体涉及一种车网系统多工况运行下的性能改善方法。

背景技术

随着我国科学技术不断完善，交流－直流－交流(alternating current-directcurrent-alternating current,AC-DC-AC)型机车在我国得到广泛应用。牵引供电系统的复杂性大大增加，列车运行工况的变化，以及整流器侧采用的控制方法不同等，均会对车网系统的性能产生一定的影响，例如存在超调、响应速度慢、谐波失真率较大、制动时对系统造成较大干扰、负载变化时恢复至稳态的时间长等等现象。此外还有牵引供电系统的低频振荡现象(Low frequency oscillation,LFO)，LFO已经发生在许多国家，如挪威，德国，瑞士等。有研究指出低频振荡甚至可能发生在列车运行的情况下，此时牵引动力的突然丧失可能导致严重后果。

目前，国内外已经有大量通过优化网侧整流器控制策略提高系统的性能的研究。Mollerstedt等提出了车网耦合系统的稳定性是由网侧变流器(Line-side converter,LSC)的控制策略决定。Liu等提出了基于多变量控制和无源控制的LSC控制策略，成功地抑制了LFO的发生。

滑模控制(Sliding mode control,SMC)是一种控制结构随着时间和受控系统的变化而变化的非线性控制策略，具有结构简单，参数范围广，对非线性系统适应性好等优点。相比于传统控制策略，SMC具有更好的动、静态特性。然而SMC对LSC的负载变化敏感，需要较多状态变量信息才能获得良好的控制效果

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题提供一种能够使得制动时对直流侧电压造成的干扰更小，对系统参数的变化以及负载变化具有更好的抗干扰能力，可有效抑制电力电子多单元(electric multiple units,EMUs)在多种工况下发生的低频振荡现象LFO的车网系统多工况运行下的性能改善方法。

本发明采用的技术方案是：

一种车网系统多工况运行下的性能改善方法，包括以下步骤：

步骤1：建立单个牵引传动单元在d-q坐标系下数学模型；

步骤2：将基于状态观测的滑模变结构控制策略应用在EMUs的网侧变流器LSC中。

进一步的，所述步骤2分别对外环电压控制模块和内环电流控制模块进行分析。

进一步的，所述步骤1过程如下：

S11：动车组的单个牵引传动单元由牵引网、整流器、中间直流电路、逆变器和电机组成；

S12：将逆变器和电机等效为一个非恒定的直流电源i_l：

式中：i_l为直流侧电源，R为逆变器交流侧的三相等效电路中的一相等效电阻，L为逆变器交流侧的三相等效电路中的一相等效电感，为i_k和e_k的向量之间的夹角，θ是u_k和e_k的向量之间的夹角，U_dc为中间直流侧电压，m为逆变器的脉冲宽带调制比，τ是瞬态分量的时间常数，ρ为交流反电动势幅度因子，ω为网侧电压基波角频率；