[发明专利]机车交直交供电系统的变压器直流偏磁抑制方法

说明书

本发明涉及机车或动车含变压器供电的交直交供电系统，具体为机车交直交供电系统的变压器直流偏磁抑制方法。解决现有机车机车交直交供电系统在克服变压器直流偏磁方面所存在的问题。本发明通过四象限工作时，在电网电压的正负半周，对四象限输入电流进行多个电网周期的正向累加处理和负向累加处理；依据实际工况，在准确计算出输入电压的基波正负半周相位区间后，对四象限输入电压进行多个电网周期的正向累加处理和负向累加处理；通过四象限输入电压和电流判断直流偏磁是否发生；直流偏磁发生时，通过对电流正负半周的累加值进行PI调节并以此改变电流环的输出结果，用以调节PWM脉冲宽度，以实现对直流偏置的补偿和抑制作用。

技术领域

本发明涉及机车或动车含变压器供电的交直交供电系统，具体为机车交直交供电系统的变压器直流偏磁抑制方法。

背景技术

如图1所示，机车或动车通过25kV 接触网取电，通过单相牵引变压器降压成符合要求的电压等级用于提供牵引动力，牵引变压器副边有多组抽头，每组抽头连接整流单元，整流单元为机车内牵引变流器（逆变单元）提供稳定的直流电。多组变流器同时满功率运行时，因四象限功率器件的开关特性不一致、主回路结构和参数差异以及控制参数匹配问题等一系列因素，满功率运行的牵引变压器容易产生直流偏磁现象，也就是牵引变压器的副边绕组（整流单元的输入）有直流电流成分流过（牵引变压器的原边有直流电流成分流过本申请不予考虑）。

直流偏磁会使得整流单元的输入电流在一个周期内平均值不在零值附近，输入电流的正偏和负偏会使得功率器件承受超过允许值的电流，轻则导致输入过流故障，严重时会对功率器件造成损坏。当发生直流偏磁时，直流和交流磁通相叠加，与直流偏磁方向一致的半个周波的磁通大大增加，另外半个周波的磁通减小，当牵引变压器工作在满载运行状态时，更容易加剧铁芯磁通密度的饱和程度，变压器的工作点一旦进入磁化曲线饱和区时，其铁芯的导磁率严重下降，漏磁通增大，漏磁通在变压器金属结构中产生涡流，导致局部发热，绝缘下降，引起变压器的各种损耗、噪声、过热和振动等问题，对变压器的运行造成风险，严重影响四象限整流器的运行可靠性。其次变压器的直流偏磁产生的高次谐波还会对列车的控制系统造成干扰，甚至引起控制系统的误动作，严重影响列车的运行安全。

机车交直交供电系统的四象限整流单元的控制主要分为外环和内环，外环为电压环，用于稳定直流电压，内环为电流环用于电流的跟踪控制；如图2所示，外环包括一个PI调节器（比例积分调节器），整流输出电压设定值U_d^*和整流输出电压采集值u_dc作为PI调节器的输入；内环包括锁相环、PR调节器（比例谐振调节器），锁相环采集网侧电压（也是变压器的原边电压）的相位，外环输出的电流值I_N^*与锁相环输出的相位合成为整流单元的输入电流设定值，整流单元的输入电流设定值和整流单元的输入电流采集值（也是变压器副边电流采集值）作为PR调节器的输入，PR调节器的输出值用于产生控制整流单元的PWM脉冲信号。为克服直流偏磁所带来的弊端，基于上述整流控制的现有机车交直交供电系统在整流单元中对采集到的用于控制的交流侧电流信号进行硬件滤波及软件滤波，滤除电流信号中含有的直流偏置量。但采用这种方式虽然解决了直流偏置给四象限整流控制带来的影响，但是交流侧电流的直流偏置量仍然实际存在，变压器中的直流偏置问题没有得到根本解决，且硬件电路的使用增加了成本，软件滤波存在信号延迟，影响四象限整流的动态响应性能。

发明内容

本发明解决现有机车交直交供电系统在克服变压器直流偏磁方面所存在的不能从根本上消除变压器的直流偏置以及在控制中使用软硬件滤波方式对四象限的动态响应带来影响的问题，提供一种机车交直交供电系统的变压器直流偏磁抑制方法。