|
電壓補(bǔ)償條件下永磁系統(tǒng)直流側(cè)振蕩抑制研究
張靜 李動(dòng) 2022/5/23 8:05:48
衡水技師學(xué)院（衡水科技工程學(xué)校）
摘要：為了深入探究特殊工況下永磁牽引系統(tǒng)的阻抗特性，改善系統(tǒng)作業(yè)穩(wěn)定性，本文對(duì)永磁系統(tǒng)直流側(cè)振蕩問題展開探究。本研究方案以電壓補(bǔ)償作為振蕩抑制的優(yōu)化突破口，根據(jù)永磁同步電壓作業(yè)原理，對(duì)其采取前饋解耦電壓補(bǔ)償，形成新的振蕩抑制方案。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示，本文提出的振蕩抑制方案，能夠使得電機(jī)作業(yè)電流趨于平穩(wěn)，且直流側(cè)未出現(xiàn)振蕩，
較傳統(tǒng)振蕩抑制方案應(yīng)用效果有明顯地改善。
關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；電壓補(bǔ)償；振蕩抑制
高性能永磁材料的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)城市軌道交通控制模式，為高效節(jié)能發(fā)展創(chuàng)造了有利條件[1]。雖然這種材料具備優(yōu)勢(shì)較多，但是應(yīng)用時(shí)間比較短，尚未形成較為完善的控制方案。特定工況下，交通軌道牽引變流器阻抗特性結(jié)果為負(fù)值，埋下了LC諧振安全隱患，同時(shí)對(duì)永磁同步電機(jī)的正常作業(yè)造成了較大影響[2]。為了改善永磁牽引系統(tǒng)作業(yè)狀態(tài)，在成本控制條件下，挖掘母線電壓振蕩抑制方法，成為了當(dāng)前重點(diǎn)研究內(nèi)容。本文嘗試引入電壓補(bǔ)償控制思路，探究能夠有效抑制系統(tǒng)直流側(cè)振蕩的方法。
一、永磁牽引系統(tǒng)模型的構(gòu)建及作業(yè)機(jī)理分析
1、永磁牽引系統(tǒng)模型的構(gòu)建
一般情況下，與交流供電形式相比，直流供電形式在城市軌道交通牽引系統(tǒng)作業(yè)中的供電更具優(yōu)勢(shì)，不僅效率偏高，而且滿足節(jié)能控制要求[3]。永磁同步電機(jī)作為系統(tǒng)作業(yè)控制的重要組成部分，通過直流作業(yè)剛好可以體現(xiàn)出這些優(yōu)勢(shì)[4]。所以，直流供電成為了永磁同步電機(jī)的主要供電方式。如圖1所示為永磁牽引系統(tǒng)模型。
圖1 永磁牽引系統(tǒng)模型
圖1中，C代表支撐電容；R代表電感電阻與各條線路電阻之和； 代表網(wǎng)側(cè)電壓；L代表濾波電感； 均為電機(jī)作業(yè)電流； 代表逆變器側(cè)輸入直流母線電壓； 代表電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令， 均為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。
該模型結(jié)構(gòu)簡單，采用獨(dú)立軸控的方式，在逆變器的控制下，向永磁電機(jī)發(fā)送控制命令。其中，逆變器數(shù)量較多，共同使用同一個(gè)母線。另外，該系統(tǒng)的核心控制器為TCU，當(dāng)列車成功接收電機(jī)發(fā)送的轉(zhuǎn)矩指令時(shí)，會(huì)自動(dòng)開啟信息采集模塊，同時(shí)獲取轉(zhuǎn)子位置、電機(jī)電流及母線當(dāng)前作業(yè)環(huán)境下生成的電壓值等，根據(jù)這些參數(shù)數(shù)值大小，確定永磁牽引系統(tǒng)作業(yè)命令，從而為系統(tǒng)正常作業(yè)奠定基礎(chǔ)[5]。
2、系統(tǒng)模型作業(yè)機(jī)理
永磁牽引系統(tǒng)作業(yè)期間產(chǎn)生的振蕩機(jī)理是設(shè)計(jì)電機(jī)直流側(cè)振蕩抑制方案的主要依據(jù)，所以本文對(duì)模型作業(yè)機(jī)理進(jìn)行分析。假設(shè)系統(tǒng)輸入端輸入的信號(hào)為 ，位于C兩端的直流電壓輸出記為 ，那么生成的系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：
 （1）
在公式（1）基礎(chǔ)上，挖掘二階系統(tǒng)諧振頻率，計(jì)算公式如下：
 （2）
考慮到車輛本身的慣性偏大，短時(shí)間內(nèi)可以將車輛內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)看作固定值，在此條件下，永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)和逆變器這些裝置作業(yè)期間的功率源都可以看作恒定值。牽引工況下，電機(jī)運(yùn)行期間的功率為正數(shù)，電流伴隨著反向擾動(dòng)。在此過程中，系統(tǒng)阻抗為負(fù)，逆變器阻抗特性與之相同，該條件下逆變器加電壓作業(yè)期間產(chǎn)生的等效阻抗計(jì)算公式為：
 （3）
公式（3）中， 代表逆變器直流側(cè)輸入功率。根據(jù)公式（3），可以對(duì)公式（1）的計(jì)算公式進(jìn)行改進(jìn)，得到：
 （4）
系統(tǒng)作業(yè)穩(wěn)定性對(duì)于永磁牽引控制質(zhì)量影響較大，為了掌握該系統(tǒng)作業(yè)穩(wěn)定性，提出以下判斷方法：
 （5）
公式（5）中， 為系統(tǒng)作業(yè)功率臨界值，如果逆變器輸入功率達(dá)到這個(gè)臨界值，那么認(rèn)為當(dāng)前系統(tǒng)作業(yè)穩(wěn)定性較差。依據(jù)公式（5）可知，系統(tǒng)作業(yè)條件、硬件參數(shù)設(shè)置均會(huì)對(duì)系統(tǒng)直流側(cè)的穩(wěn)定性造成一定影響。對(duì)于系統(tǒng)硬件參數(shù)，以R、C、L作為系統(tǒng)作業(yè)狀態(tài)控制變量，其中，參數(shù)C和參數(shù)R與系統(tǒng)穩(wěn)定性之間存在正相關(guān)關(guān)系，參數(shù)L與系統(tǒng)穩(wěn)定性之間呈現(xiàn)的關(guān)系為負(fù)相關(guān)關(guān)系。一般情況下，系統(tǒng)中參數(shù)R在1（未完，下一頁）
|