[发明专利]一种基于选择性虚拟谐波电阻的振荡抑制方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于选择性虚拟谐波电阻的振荡抑制方法和系统，本发明的方法包括以下步骤：根据选择性虚拟谐波电阻抑制策略以及地铁牵引传动系统直流侧等效电路，构建基于选择性虚拟谐波电阻失稳抑制系统；根据构建的基于选择性虚拟谐波电阻失稳抑制系统的特征方程，依据系统渐进稳定判据，计算得到满足稳定性判据条件下的同步旋转坐标系下的电压补偿参数；将计算得到的同步旋转坐标系下的电压补偿参数输入到地铁牵引传动系统补偿环节，从而抑制直流侧失稳振荡。本发明采用基于选择性虚拟谐波电阻的振动抑制策略，通过引入补偿参数，且补偿参数使得系统正好满足特征方程稳定性判据条件，因此本发明能够有效抑制失稳振荡，提高系统的稳定性。

技术领域

本发明属于城轨直-交牵引传动系统直流侧失稳振荡抑制技术领域，具体涉及一种基于选择性虚拟谐波电阻的振荡抑制方法和系统。

背景技术

由于在国内各主要城市不断投入对城轨交通建设与运营，地铁牵引传动系统的稳定性不断受到密切关注，而且其振荡抑制策略成为研究热点。地铁列车的核心动力来自于地铁牵引传动系统，其系统稳定性关系着地铁运营的优劣。地铁牵引传动系统大多从直流接触网通过受电弓供电，经由滤波电抗器和支撑电容器向变流器供电。然而由于车载能力空间、重量以等因素的影响，限制了直流侧滤波电感以及支撑电容的选值，导致系统稳定性的裕量无法满足所有工况，此外电机的恒功率特性引起的负阻抗特征将大大削弱系统的阻尼，降低系统的稳定范围，地铁牵引系统直流侧会出现电压持续振荡，使得牵引电机产生脉动转矩分量，损害车体装置并影响乘客体验。牵引系统直流侧振荡严重时甚至会触发过电压、过电流保护，导致牵引系统封锁脉冲，完全丧失牵引能力。因此，如何有效解决牵引系统直流侧振荡问题、确保直流电压稳定已成为地铁交通的研究热点。

为避免车网振荡的危害，提高地铁牵引传动系统的稳定性，众多国内外专家提出了相应的抑制方法，可分为无源阻尼抑制与有源阻尼抑制。无源阻尼是一种通过设计滤波器参数和增加额外的阻尼结构来提升系统的稳定性。但是，额外阻尼结构的增加将复杂化主电路结构，同时失稳情况的发生与主电路参数以及系统工况相关，难以设计匹配性的阻尼电路参数。有源阻尼是一种通过控制环节补偿的抑制方法，通过对系统导纳重塑，从而使车与网侧阻抗匹配，因其方便高效而得到广泛关注。目前有一种失稳抑制策略是通过对直流侧电压进行振荡分量获取，来相应地调节转矩环电流参考值以满足牵引网稳定的要求，然而这种“乘法”方案往往会出现过补偿情况，影响系统的动态和稳态性能。另一种失稳抑制策略获取系统各状态变量的信息，构建了状态空间方程克服负阻抗引起系统失稳，该阻尼方法保证了全局的系统稳定控制，然而车辆参数不易获取使得这种非线性控制方案难以设计与应用。

发明内容

为了克服现有失稳抑制技术存在过补偿或者设计和应用受限的技术问题，本发明提供了一种基于选择性虚拟谐波电阻的振荡抑制方法，从而使牵引网侧电压电流稳定并改善牵引变流器-电机输入阻抗特性，提升了网-车系统稳定性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于选择性虚拟谐波电阻的振荡抑制方法和系统，该方法包括以下步骤：

步骤S1，获取地铁牵引传动系统直流侧振荡电压，并通过对直流侧电压进行傅里叶分析得到振荡频率；根据选择性虚拟谐波电阻抑制策略以及地铁牵引传动系统直流侧等效电路，构建基于选择性虚拟谐波电阻失稳抑制系统；

步骤S2，根据步骤S1构建的基于选择性虚拟谐波电阻失稳抑制系统的特征方程，依据系统渐进稳定判据，计算得到满足稳定性判据条件下的同步旋转坐标系下的电压补偿参数；

步骤S3，将计算得到的同步旋转坐标系下的电压补偿参数输入到地铁牵引传动系统补偿环节，从而抑制直流侧失稳振荡。

本发明采用基于选择性虚拟谐波电阻的振动抑制策略，通过引入补偿参数，且补偿参数使得系统正好满足特征方程稳定性判据条件，因此本发明能够有效抑制失稳振荡，提高系统的稳定性。