详情

原文传递动车组牵引逆变控制关键技术与系统性能优化研究

论文题名：	动车组牵引逆变控制关键技术与系统性能优化研究
关键词：	动车组;牵引逆变系统;拍频现象;性能优化;混合脉宽调制技术
摘要：	牵引逆变系统控制技术是动车组核心技术之一，其控制性能直接关系到车辆运行的安全性、稳定性和舒适性。本文依托“十二五”国家科技支撑计划重点项目“混合动力动车组关键技术研究与典型样车研制”，针对项目实施过程中系统性能提升的关键问题，选取无拍频控制、电机磁链优化控制及低开关频率下的脉宽调制技术展开研究，并通过大量的仿真和实验进行验证。　　针对动车组牵引系统拍频现象展开研究。基于电机阻抗特性和频域建模的方式对拍频现象进行定性和定量分析，得出拍频现象在脉动频率点最为严重的结论;以拍频现象定量分析为基础，提出一种适用于转子磁场定向矢量控制系统的无拍频控制策略，对控制原理和参数设计进行了详细分析，并采用八种离散化方法对无拍频控制器进行离散化处理，从离散精度、控制性能和数字实现上进行了详细对比，得到优化离散化方法，有效抑制了拍频现象，可取消硬件二次谐振滤波器。　　针对牵引电机磁链指令优化和磁链准确控制展开研究。分析了旋转坐标系下牵引电机损耗模型，以损耗最小为控制目标优化了磁链指令给定方式，改善了传统方法的轻载低效问题;设计了考虑铁耗的状态观测器，并基于稳定性分析设计了参数辨识自适应律，实现了定子电阻、铁耗等效电阻的自适应辨识，解决了优化算法的参数敏感性问题;提出了基于独立坐标系分析的观测器改进离散方法，解决了传统方法在低计算频率下观测结果发散、观测误差大等问题，且易于工程实现;对观测器进行闭环极点配置，改善了观测器的动态性能和参数敏感性;分析了铁耗对矢量控制性能的影响并进行了相应改进，提高了电机启动阶段的动态性能。　　针对动车组牵引逆变系统大功率、低开关频率的特性，对目前常用的两种调制模式进行了分析和改进。基于基本矢量钳位策略对传统双区法过调制进行了改进，优化了传统方法的谐波特性，解决了传统方法在低开关频率下的低频震荡问题;提出了基于电流谐波优化的混合脉宽调制策略，分析了电流谐波最小脉宽调制技术(Current Harmonic Minimum PWM，CHMPWM)的开关角求解方法及不同开关角分布方式对其性能的影响，并从电流谐波、转矩脉动等方面与特定谐波消除脉宽调制技术(Selected Harmonic Elimination PWM，SHEPWM)进行了性能对比，得出CHMPWM电流加权总谐波畸变低、转矩脉动小的结论;完成了基于FPGA构架的混合脉宽调制技术，并实现了不同调制模式问的平滑过渡，优化了电机中高频段电流谐波特性。　　参与了我国首列混合动力动车组牵引逆变系统的自主研制，设计了能量互馈式和能量回馈式牵引传动实验平台，以此为基础进行了大量功能测试及考核实验，并对上述关键控制技术的可行性和有效性进行了逐一验证。
作者：	董侃
专业：	电力电子与电力传动
导师：	刘志刚
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文