高速动车组牵引工况变流器控制算法研究与实现

论文摘要

论文是依据课题“CRH2高性能异步电机驱动控制”开展的,该课题是铁道部重点项目“列车牵引与网络控制”的一个子课题。论文主要针对高速动车组工作于牵引工况时,牵引变流器的工作原理、控制策略与控制算法进行研究,并对控制算法进行仿真验证。文中仿真模型是按照高速动车组传动系统搭建的,其主电路包括牵引变压器、单相三电平整流器、中间直流环节、三电平逆变器、三相异步牵引电机。单相三电平整流器采用SPWM调制,瞬态直接电流控制策略;三电平逆变器采用SVPWM调制,间接转子磁场定向控制策略。根据电机调节特性,设计出电机牵引特性曲线。对恒速控制策略、自动过电分相策略进行了详细研究,通过Matlab/Simulink对控制策略进行仿真验证。从仿真结果可知,在动车组处于牵引、恒速、惰行状态运行时,整流器输出直流电压波动小,网侧功率因数较高,具有较好的动、静态性能;在牵引状态时,牵引电机输出转矩能够很好跟踪转矩指令,使动车组在低速区运行按恒力矩运行,中、高速区按照恒功率运行;在恒速控制状态时,动车组能够以转速指令稳定运行;在不同工况转换时,通过对指令的平滑控制,防止了电机转矩出现较大波动。仿真结果表明本文所提出的牵引系统控制策略是可行的。最后,自主搭建了基于双DSP(TMS320LF2407和TMS320VC33)的三电平逆变器硬件平台,并进行了空间电压矢量实验,实验结果表明本文中三电平空间电压矢量算法是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电力牵引传动系统发展概况
• 1.1.1 牵引领域电力电子器件的发展
• 1.1.2 电力牵引传动控制策略的发展
• 1.1.3 我国引进动车组介绍
• 1.2 高速动车牵引传动系统介绍
• 1.2.1 牵引传动系统的组成
• 1.2.2 牵引传动系统工作原理
• 1.3 论文选题的意义及主要工作
• 第2章 单相三电平脉冲整流器控制
• 2.1 单相三电平脉冲整流器工作原理
• 2.2 单相三电平脉冲整流器PWM调制策略
• 2.3 单相三电平脉冲整流器系统控制策略
• 第3章 三电平逆变器控制
• 3.1 磁场定向控制原理
• 3.1.1 异步电机的调节特性
• 3.1.2 异步电机的数学模型
• 3.1.3 间接转子磁场定向矢量控制原理
• 3.2 三电平逆变器空间电压矢量控制
• 3.2.1 三电平逆变器空间电压矢量图
• 3.2.2 空间电压矢量调制算法
• 3.3 中点电位平衡的控制方式
• 3.3.1 中点电位偏移的原因
• 3.3.2 控制中点电位平衡策略
• 3.4 牵引逆变器控制策略
• 3.4.1 动车组牵引特性分析
• 3.4.2 恒速控制器设计
• 3.4.3 自动过分相设计
• 3.4.4 牵引逆变器控制系统各控制单元介绍
• 第4章 牵引传动系统仿真结果及其分析
• 4.1 动车组牵引工况仿真分析
• 4.2 动车组恒速工况仿真分析
• 4.3 动车组自动过分相仿真分析
• 4.4 动车组不同动力运行仿真分析
• 第5章 三电平逆变器硬件平台设计和实验结果
• 5.1 三电平逆变器实验平台主电路
• 5.2 主电路功率器件选型
• 5.3 控制电路设计
• 5.3.1 保护电路
• 5.3.2 光耦隔离电路
• 5.3.3 检测电路
• 5.3.4 双微处理器的控制电路
• 5.4 控制系统程序设计
• 5.4.1 双微处理器的软件结构
• 5.4.2 系统矢量控制程序流程
• 5.4.3 离散PI调节器
• 5.5 开环三电平空间电压矢量控制试验结果
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况