[发明专利]机车牵引变流器的四象限整流器控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及机车牵引变流器的控制方法，具体为机车牵引变流器的四象限整流器控制方法及装置。

背景技术

四象限机车牵引变流器不仅可以保持牵引供电网功率因数接近1，并使网侧电流接近正弦，提高了牵引供电网的经济效益，减少对电网环境的电磁干扰，而且可以实现能量的回馈，在电力机车传动系统中得到广泛应用。

现有技术采用Id_iq电流解耦的矢量控制方法对机车牵引变流器的四象限整流器实施控制，这种控制方式是使用PI控制器对电流进行矢量变换后的一种直流电流量控制方式，而电流变换过程中通常加入低通滤波器进行滤波，滤波器会有幅值衰减和相位延迟，一方面影响了系统的动态响应性能，降低了系统的控制精度，另一方面电流计算的每一拍都要进行电流变换与反变化，计算量增大。

发明内容

本发明解决现有的机车牵引变流器的四象限整流器控制方法存在的控制精度低、计算量大的问题，提供一种机车牵引变流器的四象限整流器控制方法及装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：机车牵引变流器的四象限整流器控制方法，是由如下步骤实现的：

1）采集机车牵引变流器的电网侧电压、电流以及直流母线电压；

2）根据采集的电网侧电压得到电网侧电压的相位和幅值；

3）设定母线指令电压，并将母线指令电压与采集的直流母线电压比较，再经过PI控制器构成母线电压闭环（即以母线指令电压和采集的直流母线电压做为PI控制器的输入）；

4）PI控制器的输出与电网侧电压的相位相乘，而得到与电网侧电压同相位的指令电流；

5）指令电流与采集的电网侧电流比较（做差）后，进入PR控制器；

6）PR控制器的输出与电网侧电压幅值比较后，作为脉冲调制模块的输入信号，脉冲调制模块的输出即为控制所需的PWM脉冲，送至IGBT。

本发明是一种采用比例-谐振控制器（PR控制器）直接对交流侧电流进行控制的矢量控制方法，其控制量是交流量， 省去了直流量控制时复杂的电流变换、滤波、反变换等环节，大大提高了系统的响应速度和控制精度，减少了数据计算量。

本发明所述方法在中间电压1800V、2800V、3200V的牵引变流器上进行了试验，实现了对交流测电流的无误差跟踪，中间直流母线电压稳定，交流侧电流正弦度较好，整个变流器控制逻辑满足要求，通讯及保护功能完整，提高了系统动态响应性能和稳态性能，取得了良好的效果。

机车牵引变流器的四象限整流器控制装置，包括DSP芯片，DSP芯片连接有FPGA模块，FPGA模块连接有用于设定数据输入的上位机，FPGA模块有采集信号输入端和PWM控制脉冲输出端。

该装置采用DSP+FPGA的结构实现，其中DSP主要完成控制算法的计算，采集的电压、电流信号由FPGA模块的输入端输入，得到的PWM控制脉冲由FPGA模块的输出端输出。机车牵引变流器的四象限整流器中的IGBT开关频率较低，系统中所有采样、控制逻辑及通讯传输全部由FPGA完成，极大地提高了控制精度。

附图说明

图1为本发明所述机车牵引变流器的四象限整流器控制装置的结构示意图。

具体实施方式

机车牵引变流器的四象限整流器控制方法，是由如下步骤实现的：

1）采集机车牵引变流器的电网侧电压、电流以及直流母线电压；

2）根据采集的电网侧电压得到电网侧电压的相位和幅值；

3）设定母线指令电压，并将母线指令电压与采集的直流母线电压比较，再经过PI控制器构成母线电压闭环（即以母线指令电压和采集的直流母线电压做为PI控制器的输入）；

4）PI控制器的输出与电网侧电压的相位相乘，而得到与电网侧电压同相位的指令电流；

5）指令电流与采集的电网侧电流比较（做差）后，进入PR控制器；

6）PR控制器的输出与电网侧电压幅值比较后，作为脉冲调制模块的输入信号，脉冲调制模块的输出即为控制所需的PWM脉冲，送至IGBT。

具体实施时，步骤2）中，采集的电网侧电压经过PLL锁相环模块得到电网侧电压的相位和幅值。

机车牵引变流器的四象限整流器控制装置，包括DSP芯片，DSP芯片连接有FPGA模块，FPGA模块连接有用于设定数据输入的上位机，FPGA模块有采集信号输入端和PWM控制脉冲输出端。具体实施时，FPGA模块还有逻辑保护信号输入端，用于输入诸如过流、过压、过温等逻辑保护信号，一但有逻辑保护信号输入，装置将停止PWM控制脉冲的输出。