基于牵引PMSM的地铁直流侧振荡抑制策略探讨

在地铁永磁牵引系统中,逆变器直流侧的负阻抗特性降低了系统阻尼,导致牵引逆变器直流侧易发生电压振荡,从而影响牵引系统的稳定性。为此,建立地铁牵引逆变器直流侧数学模型及小信号模型,得到了直流侧系统的稳定条件,进而提出基于q轴电流补偿的直流侧电压振荡抑制策略,并应用于系列化标准地铁牵引永磁同步电机(PMSM)的控制系统中。通过MATLAB/Simulink仿真及在中车大连电力牵引研发中心有限公司试验中心进行试验,表明基于q轴电流补偿的直流侧电压振荡抑制策略应用在牵引永磁同步电机控制系统中具有较好的性能,牵引变流器直流侧电压振荡得到有效抑制,直流侧电压、d轴电流和q轴电流变化平稳。     

基于电压补偿的永磁系统直流侧振荡抑制方法

城轨永磁牵引系统在特定工况下牵引变流器呈负阻抗特性,容易引起直流侧母线电压谐振,导致牵引系统的不稳定。为了保证牵引系统的稳定性,采用了一种基于电压补偿的城轨永磁牵引系统直流侧振荡抑制方法。首先介绍了城轨永磁牵引系统的拓扑,分析了直流母线的振荡机理,明确了母线振荡的条件,然后基于永磁同步电机(PMSM)矢量控制方法,采用了一种前馈解耦电压补偿控制方法,实现了PMSM的解耦控制和直流侧振荡的抑制。仿真和实验验证了城轨永磁牵引系统直流侧振荡抑制方法的有效性。     

牵引变流器母线电压振荡抑制

地铁和轻轨列车的牵引系统在使用中经常存在母线电压振荡的问题,严重影响异步电机矢量控制的应用。目前己有的抑制方法主要以投入制动电阻为主,虽然该方法可以简单迅速地抑制母线振荡,但是频繁使用会降低制动电阻的使用寿命,增加列车的能耗。对此,首先构建了LC谐振滤波器及变流器的系统模型,然后使用Nyquist图分析了系统稳定性并阐述了母线电压振荡的原因,从变流器的阻抗特性入手,提出母线电压振荡补偿控制器,以母线电压振荡分量为输入量,经过超前网络补偿,修正给定的电流转矩分量,以达到提高系统阻抗的效果。经过仿真实验验证,表明该控制器可以有效地抑制母线电压振荡,提高系统稳定性。     

基于滑模控制的牵引网网压低频振荡抑制方法

针对高速铁路牵引网低频振荡造成动车组牵引封锁的现象,提出了一种基于滑模控制的动车组网侧整流器控制策略。首先,推导了CRH5型动车组网侧单相整流器在dq旋转坐标系下的状态空间数学模型;其次,详细论述了控制策略原理和设计过程,包括外环电压滑模面与内环电流控制率的求取;最后,在Matlab/Simulink与RT-LAB平台上搭建了基于滑模控制器的双重化仿真模型,并与传统线性比例积分(proportional integral,PI)控制策略以及两种对比于PI控制响应性能更好的新型控制策略:基于互联和阻尼分配的无源控制(无源控制)和基于模型的预测电流控制控制(预测控制)的仿真试验效果进行了比较,结果证明滑模控制具有更好的动、静态特性。为进一步验证滑模控制对低频振荡的抑制效果,搭建了基于滑模控制与PI控制的多车接入的车网耦合系统仿真模型,仿真结果证明滑模控制可以有效地抑制低频振荡的发生。     

基于自抗扰控制的牵引网网压低频振荡抑制方法

针对高速铁路出现牵引网网压低频振荡导致多个动车所的多台动车组牵引封锁现象,首先建立动车组线侧脉冲整流器状态空间模型;其次对动车组整流器设计了一阶非线性自抗扰控制器(active disturbance rejection control,ADRC)来替换传统的基于线性比例-积分(proportional integral,PI)控制器的瞬态电流控制策略(transient current control strategy,TCCS);随后从设置过渡过程,计算扩张状态观测器等方面展开,将外界扰动和系统内部扰动归算为总扰动,并给出相应的动态非线性补偿;最后,在Matlab/Simulink平台上搭建基于传统PI控制器和基于ADRC控制器的TCCS的双重化整流器模型,对比分析后得出ADRC控制具有更强的鲁棒性结论。为进一步验证ADRC控制效果,还将该仿真模型接入牵引网系统链式仿真模型中,发现该控制策略在具有较强鲁棒性和对参数不敏感性的同时,对牵引网网压低频振荡过电压有着较好的抑制效果。     

地铁能量回馈变流器直流电压波动抑制研究

在地铁再生制动能量回馈变流器中,直流母线电压受地铁制动的影响而出现较大波动,极大地影响了地铁直流供电系统的安全可靠运行。为抑制直流母线电压波动,提高系统动态响应,分析了传统双环控制策略和直流电流前馈控制策略提高母线电压动态响应的原理及优缺点,提出一种优化的直流电流前馈控制策略,有效抑制了地铁制动引起的母线电压波动,使系统动态响应能力得到提高,而且能使母线电压保持在设定值。最后,仿真和实验结果均验证了该控制策略的有效性。     

基于全控型变流器件的发电机组次同步振荡抑制方法

介绍一种采用全控型变流器件的发电机组次同步振荡抑制方法,该方法以发电机组的转速信号的变化量为控制量,将该转速信号变化量经控制器进行滤波、移相、比例放大、运算处理,得到以电压同步信号为基准控制变流功率单元的控制信号,使全控型变流装置产生次同步模态调制电流,该电流经功率传输单元影响发电机组的转速,达到抑制发电机组次同步振荡的目的。     

双馈风机定子侧变流器的附加阻尼抑制次同步振荡方法

为了抑制次同步振荡,基于双馈风机定子侧变流器提出了一种新的附加阻尼控制策略。首先从双馈风机发生次同步振荡的机理出发,把风机转速变化时导致的转矩变化分为转子变化量和定子变化量两部分,通过在定子侧变流器控制策略中引入附加控制,从而产生一个与转速增量反相的附加转矩,为系统提出正阻尼。然后,通过PSCAD/EMTDC时域仿真,对比附加阻尼控制前后抑制效果。研究表明:通过风机自身控制抑制次同步振荡,具有很好的相应速度和抑制效果,可以使风机在低转速或者高串补度的条件下安全稳定运行,可以降低成本,具有很强的工程价值和实际意义。     

一种应用于动车组牵引变流器控制的变压器直流偏磁抑制方法

动车组(EMU)牵引供电系统采用25 kV单相牵引变压器从接触网取电,EMU运行过程中的弓网离线、功率器件的非线性特性、硬件电路和控制系统的不对称性等,均会引起直流分量通过电气回路注入车载牵引变压器,引起变压器的直流偏磁。通过将比例-积分-谐振(PIR)控制应用于电流内环控制器,同时实现正弦信号的稳定跟踪和直流分量的抑制。仿真和硬件在环的半实物仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

一种直流牵引馈电区段域保护方法

通过对二次直流系统一点接地的理论分析,得到各个参数对一点接地故障下继电器误动的影响程度。考虑继电器的等效电感参数建立直流系统等效电路,给出了直流二次回路一点接地故障的多阶动态解析方程,对正极一点接地、负极一点接地、继电器线圈正电源端一点接地故障暂态过程进行了定量计算,从理论上系统地分析了直流系统一点接地时继电器两端电压变化规律,得到各个参数变化对继电器两端电压的影响。利用PSCAD/EMTDC建立直流系统一点接地的仿真模型,验证了理论分析的正确性。     

地铁直流母线电压振荡现象及其抑制策略

由于牵引逆变器呈现负阻抗特性,当地铁车辆牵引功率加大时,系统的阻尼特性变差,此时任何小的激励源都可能引起直流侧母线电压的剧烈振荡。针对这一问题,首先建立了地铁永磁牵引系统在额定工作点处的小信号等效电路模型,研究主电路参数与系统稳定性之间的关系。然后在转子磁场定向的矢量控制基础上增加了基于转矩电流补偿的直流侧母线电压振荡抑制策略。最后经过仿真和现场试验验证可得,该策略对直流侧母线电压振荡有较好的抑制效果。     

地铁直流牵引供电系统馈线的保护方法

该文介绍了地铁直流牵引供电系统中所采用的几种直流馈线保护方法 ,详细分析了大电流脱扣保护、电流上升率及电流增量保护、过流保护、双边联跳保护、接触网热过负荷保护及自动重合闸保护的基本原理 ,并举例说明了如何通过对电流上升率 ,电流增量和电流上升持续时间的测量来区分故障情况和正常运行情况。     

抑制电气化铁路低频振荡的四象限变流器控制方法

针对电气化铁路中列车四象限变流器和牵引供电系统不匹配造成的低频振荡现象提出了抑制方法。首先,介绍列车牵引传动系统中的四象限变流器主电路及其瞬态电流控制策略。然后,在四象限变流器线性化闭环传递函数的基础上,对车网耦合系统进行稳定性分析,研究了低频振荡的机理。基于分析结果,采用改变系统阻尼的思路,提出主动阻尼补偿措施,并进行理论分析。最后,利用多车仿真模型及小功率实验平台对所提控制方法的正确性进行了验证。     

牵引变流器-电机拍频现象及其抑制方法

交直交传动系统广泛应用于高速铁路牵引领域.由于单相脉冲整流器的工作特性,其输出直流电压含有频率为2倍电网频率的脉动分量.该分量在牵引电机侧会引起拍频现象,尤其当牵引逆变器工作频率接近2倍电网频率时最为严重.首先详细分析了直流电压脉动分量的来源和拍频现象产生的本质.然后,在取消LC谐振电路并考虑直流侧脉动电压幅值和相角变化的情况下,研究了一种基于频率补偿的无拍频控制算法,并应用于间接转子磁场定向矢量控制系统.通过在转速环注入脉动分量,补偿牵引逆变器工作频率,抑制牵引电机拍频电流.最后,仿真结果和硬件在回路实验结果验证了该算法的有效性.     

双馈电机转子侧变换器死区补偿方法

双馈电机稳定工作时,转子电流频率较低,转子侧变换器所加死区对其影响比较显著.为了改善转子电流波形,分析了死区对变换器输出电压的影响、零电流箝位现象以及死区给输出脉冲带来的不对称性,在此基础上对已有的死区补偿方法进行了改进,将电流矢量所在空间分为6个区域,在每个区域内仅对其中一相输出电压进行补偿,并针对零电流箝位现象进行了补偿.此外,为了避免加入死区给PWM脉冲带来的不对称性,在每个开关周期内对PWM发生器的比较值进行2次修正,以使输出脉冲对称.最后在双馈风力发电实验平台上进行了验证,实验结果表明该补偿策略能够有效地减小双馈电机转子电流谐波且消除了零电流箝位现象.     

阻抗不匹配引起的逆变器-IPMSM系统直流侧振荡抑制方法对比

随着逆变器-内置式永磁同步电机(IPMS M)系统输出功率的增加,其输入阻抗与直流供电端LC滤波环节输出阻抗不再匹配,引发逆变器直流侧电压、电流振荡。针对IPMSM,推导了逆变器-电机系统采样双电流调节器控制时的输入导纳模型,用于系统稳定性分析。参考异步电机系统振荡抑制方法,根据IPMSM转矩公式,提出直轴电流补偿法和直轴电压补偿法两种振荡抑制办法。结合交轴电流补偿法、交轴电压补偿法思想,推导了分别加入四种振荡抑制方法后的逆变器-IPMSM系统输入阻抗,采用奈奎斯特判据,分析各振荡抑制方法的有效性。依据电机模型与控制系统模型,分析不同方法的优劣,提出电压补偿法优于电流补偿法、交轴补偿法优于直轴补偿法的观点。通过实验验证了各振荡抑制方法的有效性和交轴电压补偿法的优势。     

基于非常规平衡电抗器的直流侧谐波抑制方法

为提高多脉波整流器的谐波抑制能力,提出一种基于非常规平衡电抗器的直流侧谐波抑制方法.在常规平衡电抗器的基础上,增加一次侧抽头数和二次绕组,并通过一次侧抽头控制电路和二次侧整流电路与负载相连,进而提高整流器输出电压脉波数和输入电流的阶梯数,降低了输入电流总谐波畸变率(THD).以输入线电流THD最小为目标,分析非常规平衡...     

基于超导磁储能装置的MMC-HVDC系统直流振荡抑制方法

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)系统中的功率控制换流站对外呈现负阻性,降低了系统阻尼,使系统产生直流振荡甚至导致系统失稳。通过直流侧并联超导磁储能装置抑制系统功率振荡,以解决MMC-HVDC系统向恒定功率负载供电所导致的弱阻尼问题。建立了双端MMC-HVDC系统的小信号模型,通过小信号稳定性分析方法研究了影响MMC-HVDC系统稳定性的主要因素,并且验证了所提直流振荡抑制方法的有效性。在MATLAB/Simulink中搭建了双端MMC-HVDC系统模型,并与改变控制器的功率阻尼控制策略进行时域仿真对比,结果证明了所提控制策略能有效抑制系统振荡,提高系统稳定性。     

基于时域微分的地铁直流牵引系统故障定位

快速、准确的故障定位是地铁牵引供电系统急需解决的问题。深入研究了地铁直流牵引系统的结构、参数、运行及故障特征,提出一种基于最小二乘法求解的双端时域微分方程故障定位算法,不受过渡电阻影响。针对地铁变电站间不具备通信条件的情况,进一步提出一种改进的基于遗传算法求解的单端故障定位算法,通过构造优化函数求解故障位置。根据实际运行的某地铁供电系统结构参数进行建模,通过故障仿真对算法进行分析,验证算法的可行性,并利用实测数据进行相关比对,证明了算法的实用性和准确性。     

基于双馈风机转子侧变流器的次同步谐振抑制方法

从双馈风机产生次同步谐振的机理出发,当双馈风机转速变化时,其电磁转矩变化量可以分为转子转矩变化量和定子转矩变化量两部分。基于双馈风机转子侧变流器,提出一种新的抑制次同步谐振的附加阻尼控制策略。通过在转子侧变流器控制策略中引入附加控制,产生一个与转速反相的附加转矩,为系统提出正阻尼。然后,利用PSCAD/EMTDC对所提出的附加阻尼控制策略进行仿真验证。结果表明,通过对转子侧变流器进行附加阻尼控制后,可以有效抑制次同步谐振的发生。