[发明专利]一种基于滑模控制的高铁低频振荡抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及高铁供电技术领域没截图为一种基于滑模控制的高铁低频振荡抑制方法。

背景技术

随着中国高铁的迅猛发展，高速、重载、大密度已经成为当下电气化铁路的重要特性，因此，对高铁的供电可靠性提出了越来越高的要求。越来越多的新型交直交传动机车投入运营，大大增加了牵引供电系统的复杂性，我国牵引供电系统的低频振荡现象就是在这样的背景下产生的，这种现象根本上是车网参数不匹配造成的不稳定现象。许多研究结果均表明，网侧整流器的控制策略是影响车网系统稳定性的一大重要因素。交流传动机车、高速动车组中所用的牵引变流器主要由四象限脉冲整流器和牵引逆变器组成。四象限脉冲整流即网侧整流器，属于PWM整流器。动车组网侧整流器通常采用电压外环和电流内环相结合的双闭环控制方式，目前主要的控制方式有瞬态电流控制策略、可变相位角控制策略、预测直接电流控制策略、dq解耦控制策略等。传统的线性控制方法的控制效果已经很难得到提升，因此将非线性控制方法，例如预测控制、无源控制以及滑模控制等引入变流器的控制中是有必要的。

发明内容

基于上述原因，本发明的目的在于提供一种能够提高整流器的动态响应和鲁棒性能，并能抑制牵引网-动车组电气量低频振荡的发生的基于滑模控制的高铁低频振荡抑制方法，技术方案如下：

一种基于滑模控制的高铁低频振荡抑制方法，包括以下步骤：

步骤A：定义网侧电流正交量，构建d-q旋转坐标系下动车组网侧整流器的状态空间模型；

步骤B：结合控制目标，选取控制系统的输出，建立基于外环电压控制的两个滑模面，得到网侧电流无功分量的参考值，完成滑模面表达式的求取；

步骤C：对上述两个滑模面选取滑模控制趋近率，将步骤B建立的两个滑模面代入滑模控制趋近率，将得到的结果代入d-q旋转坐标系下动车组网侧整流器的状态空间模型，得到开关函数，将该开关函数与直流侧电压相乘，得到控制电压；

步骤D：将步骤C中得到的控制电压经过坐标变换得到α-β坐标系分量，再通过正弦脉宽调制输出控制脉冲。

进一步的，所述步骤A的具体过程如下：

针对单相两电平拓扑结构，将交流侧电流i_n表示为i_α，交流侧电动势e_n表示为u_α，构建与i_α、u_α正交的虚拟量i_β、e_β，根据坐标变换遵循的等功率变换原则，得到

u_αi_α+u_βi_β＝U_dci_dc

式中，U_dc为直流侧稳定电压，i_dc为直流侧稳定负载电流；

定义u_α＝S_αU_dc，u_α是u_ab在α轴上的分量，u_β＝S_βU_dc，u_β是u_ab在β轴上的分量，S_α、S_β是α-β坐标系下的理想开关函数；得到i_dc的表达式：

结合交流侧的KVL方程，将交流量、虚拟正交量表示在同一方程组中，得到

式中，L和R分别为车载变压器等效到次边的漏电感和漏电阻，C为直流侧支撑电容；进行两相静止坐标系到两相旋转坐标系的坐标变换，得到d-q旋转坐标系下动车组网侧整流器的数学模型：

式中，e_d、e_q分别为网侧电动势与虚拟正交分量分别在旋转坐标系中d轴与q轴的分量；i_d、i_q分别为网侧电动势与虚拟正交分量分别在旋转坐标系中d、q分量；根据定义，d轴分量表示有功分量，q轴分量表示无功分量，S_dU_dc、S_qU_dc则是u_ab相应的分量，表示成状态空间模型的矩阵形式：

得到动车组网侧整流器在两相旋转坐标系下矩阵形式的数学模型。

更进一步的，所述步骤B的具体过程如下：