[发明专利]一种基于自抗扰控制的高铁牵引网低频振荡抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于自抗扰控制的高铁牵引网低频振荡抑制方法，针对动车组变流器这种强耦合非线性系统，引入非线性自抗扰控制器，包括跟踪微分器(tracking differentiator,TD)、扩张状态观测器(extended State observer,ESO)和非线性反馈控制律(nonlinear states error feedback control laws,NLSEF)三部分，基于自抗扰控制器的瞬态直接电流控制策略的实现。该方法容易实现，根据整流器状态空间模型，通过编写自抗扰控制模块的功能函数；跟踪微分器：给定直流环节电压值u_dcr，当输入信号发生变化时，为使其输出能够在有限的时间内无超调的跟踪输入信号，安排过渡过程；扩张状态观测器：使中间直流电压输出u_dc和输入控制量u来实时跟踪估计变流器的状态和扰动；对扰动给予动态补偿，求取误差反馈控制量u₀。如此可以实现控制器较强的鲁棒性和良好的控制品质，提高控制系统稳定性，以较低的成本解决动车组‑牵引网电气量低频振荡的问题。

技术领域

本发明涉及电子电力装置控制,尤其是动车组网侧整流器低频振荡抑制控制方法。

背景技术

随着高速铁路的迅速发展，新型“交-直-交”电力机车因其功率因数高、功率大、牵引力大等优势在电气化铁路系统中取得了广泛应用。传统的“交-直-交”机车的控制方法主要分为两类，间接电流控制和直接电流控制。间接电流控制以“相幅控制”为代表，直接电流控制包括滞环电流控制、预测电流控制和瞬态电流控制等。瞬态直接电流控制是目前电力机车和高速动车组中采用较多的控制策略，但现存的控制器都是以线性PI控制器为基础。现有技术的处理手段可由图5来概括。

由于高铁高密度的运行，在同时启动的动车组台数大于等于6台时，会发生高铁牵引网低频振荡现象，导致动车组会发生牵引封锁，无法正常启动，给给铁路的正常运营带来极大不便，传统的线性控制器已达不到理想的控制效果。

为了改善机车线侧脉冲整流器的控制性能，Erik等在文献[ErikBo Bernhardsson.Out of control because of harmonics an analysis ofthe harmonic response of an inverter locomotive[J].IEEE Control SystemsMagazine,2000:70-81.]利用级联谐波传递函数分析控制系统稳定性，得出车网系统稳定性由整流器控制决定，但并没有给出合理可行的解决方法。文献[H.C,O.M,S.V,etal.Improvement of low-frequency railway power system stability using anadvanced multivariable control concept[C].Industrial Electronics,2009.IECON'09.35th Annual Conference of IEEE.IEEE,2009:560-565.]通过调整PI控制参数，增强机车整流器稳定性，但四象限变流器是一个典型的非线性、多变量强耦合系统，对外界扰动和系统自身参数变化较为敏感，是个动态过程，PI控制器参数不能自身进行调整，且不容易整定。何立群等在文献[He Liqun,JianXiong,HuiOuyang,et al.High-performanceindirect current control scheme for railway traction four-quadrant converters[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2014, 61(12):6645-6654.]中提出了一个用于机车四象限变流器的高性能间接电流控制方法，但该方法比较适合于低频应用。宋可荐等在文献[Song Kejian,Wu Mingli,Wang Hui.Ahigh performance controlstrategy for three-level NPC EMU converters[C].7th International PowerElectronics Conference.Hiroshima,Japan:IEEE,2014,640-646.]提出了一个用于三电平中点钳位变流器，综合外环多陷波滤波器和内环调谐准PR控制器的机车变流器控制方法，可以抑制固定阶次的谐波，但抑制频段是离散的，作用局限。综合分析上述方法：