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计及互感扰动的非接触牵引供电系统恒压输出控制方法
| 论文题名： | 计及互感扰动的非接触牵引供电系统恒压输出控制方法 |
| 关键词： | 轨道交通;牵引供电系统;非接触电能传输;互感参数;扰动特性;鲁棒控制器;输出电压 |
| 摘要： | 近年来，随着高频电力电子变换技术、器件材料等学科的发展，非接触电能传输技术日渐成为电气工程领域的研究热点之一。应用在轨道交通领域，与传统的弓网装置、第三轨等直接物理接触供电方式相比，非接触牵引供电(Contactless TractionPower Supply，CTPS)系统存在着明显的优势:取电灵活，无需在城市轨道交通系统中架设悬挂供电网络;用电安全，避免了接触火花、电弧及触电的危险;维护方便，消除了积尘和接触损耗，无机械磨损;适应性强，可抵抗台风、冰雪等恶劣天气环境。 然而，由于机车运行中不可避免的车体振动、偏移等机械扰动，CTPS系统的电磁耦合特性极易发生变化，导致了系统的互感参数漂移，给能量传输的稳定性带来了重大挑战。为此，本文针对电磁耦合机构互感扰动下的CTPS系统输出电压控制问题，在深入分析了机构互感变化特性的基础上，建立了系统扰动模型，并设计了恒压输出鲁棒控制器，以有效抑制互感参数扰动对系统稳定性及性能的影响，具体工作包括: (1)基于体积分方法推导了快速且准确的互感计算方法。基于电磁场计算方法中的体积分算法，结合磁矢势推导了快速且准确的电磁设备磁通量通用计算方法;同时根据磁通量与互感的转换关系，将所设计的方法用于CTPS系统电磁耦合机构的互感计算当中，通过对三种常见的电磁耦合机构互感进行计算，结合实验数据验证了机构互感值随自由度的变化趋势，并通过对比商业电磁场仿真软件分析该算法性能。 (2)建立了多种参数扰动下系统广义状态空间平均模型。利用广义状态空间平均方法，分别建立了SS型、SP型、PS型、PP型以及具有恒流特性的LCL-S型谐振补偿拓扑下的CTPS系统数学模型，并基于所求取的电磁耦合机构互感变化趋势预估了互感参数扰动有界范围，进一步获取含参数扰动的系统综合模型，并以此分析了不同补偿拓扑在互感、负载、频率等多参数扰动下的系统稳定特性。 (3)系统恒压输出鲁棒控制器设计、仿真以及实验验证。结合所建立的系统扰动模型，以输出直流电压为控制目标，基于鲁棒控制方法设计了多种改进型控制器，通过仿真分析了不同控制器作用下闭环扰动系统的动态响应特性及其鲁棒特性;基于一套1 kW功率传输等级的等比例CTPS系统，开发并配置了改进型H∞控制算法。 仿真及实验结果表明，基于考虑互感参数扰动特性设计的鲁棒控制方法能够起到比传统PID控制器更好的输出电压控制效果，这种在考虑了参数扰动的前提下设计的CTPS系统输出控制方法能够保障实际系统运行的稳定性和安全性。 |
| 作者： | 黄立敏 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 何正友 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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