一種讓整流模塊具有穩(wěn)定輸出電壓的算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無變壓器交流轉(zhuǎn)直流傳動車輛，尤其是讓整流模塊在無變壓器前提下 具有穩(wěn)定電壓輸出的算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在傳統(tǒng)的大功率電力機(jī)車或者動車組上牽引電傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是：接觸 網(wǎng)一牽引變壓器一整流器一中間直流電路一逆變器一牽引電機(jī)。其中，牽引變壓器笨重、造 價昂貴，并占用大量的空間，既增加了機(jī)車的重量和制造成本，也在列車牽引或者再生制動 時，產(chǎn)生銅耗和鐵耗，使電能利用率降低。此外，變壓器還會帶來溫升、漏抗等一系列問題。
[0003] 即使有人在研究采用其他的部分來替代變壓器，但難以控制直流輸出的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了讓整流模塊具有穩(wěn)定的電壓輸出，本發(fā)明提供了一種讓整流模塊具有穩(wěn)定輸 出電壓的算法。
[0005] 為達(dá)到上述目的，一種讓整流模塊具有穩(wěn)定輸出電壓的算法，包括：
[0006] (1)根據(jù)直流電壓給定值W和整流模塊輸出端的直流電壓Ud。計算IN1，具體為：
[0007]
[0008] 其中，Kp為控制器中PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，Ti為控制器中PI調(diào)節(jié)器的積分時間 常數(shù)；
[0009] (2)根據(jù)整流模塊輸出端的直流電流Id。、整流模塊輸出端的直流電壓Ud。和U3十 算出IN2，具體為：
[0010] IN2=IdcUdc/UN
[0011] 其中，仏為交流側(cè)電壓有效值；
[0012] (3)根據(jù)4和IN2計算出IN"S具體為：
[0013] In*=Ini+In2
[0014] ⑷計算出Us;
[0015]
[0016] 其中，R為電阻值，LN為電感值，《為電網(wǎng)側(cè)電壓的角頻率，G2為比例放大系數(shù)，iN 為交流側(cè)電流有效值；
[0017] 通過Us信號控制整流模塊輸出。
[0018] 進(jìn)一步的，直流電壓Ud。與直流電壓給定值進(jìn)行比較；當(dāng)直流電壓Ud。小于直 流電壓給定值，參考電流IN1增大，通過計算得到的Us信號控制整流模塊的輸入電流 增大，從而使整流模塊的輸出電流增大；當(dāng)直流電壓Ud。大于直流電壓給定值C/2,參考電流IN1減小，通過計算得到的Us信號控制整流模塊的輸入電流減小，從而使整流模塊的輸出電 流減??；反復(fù)上述控制過程，讓整流模塊輸出端的直流電壓ud。相對于直流電壓給定值 在給定范圍內(nèi)變化。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：根據(jù)直流電壓給定值和整流模塊輸出端的直流電壓Ub。 計算參考電流值IN1，根據(jù)參考電流值IN1的變化來控制整流模塊的輸出電壓，該控制信號由 經(jīng)過計算且與參考電流值IN1有關(guān)的Us，使得控制信號精確，從而達(dá)到精確控制整流模塊具 有穩(wěn)定電壓輸出的目的。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0021] 圖2為脈沖整流器輸出的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 如圖1所示，交流傳動車輛無變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括相互級聯(lián)的二個以上的轉(zhuǎn)換單 元100,所述的級聯(lián)是指利用轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行分壓，每一轉(zhuǎn)換單元都具有輸出端。所述的轉(zhuǎn)換 單元100包括控制器1、整流模塊2、電阻3和電感4。
[0023] 控制器1具有直流電壓給定值輸入端、交流電壓信號輸入端、交流電流信號輸入 端、直流電壓信號輸入端、直流電流信號輸入端和輸出端pulse。直流電壓給定值輸入端 接收直流電壓給定值巧，交流電壓信號輸入端接收來自交流電壓傳感器的交流電壓信號Ua。，交流電流信號輸入端接收來自交流電流傳感器的交流電流信號Ia。，直流電壓信號輸入 端接收來自直流電壓傳感器的直流電壓信號Ud。，直流電流信號輸入端接收來自直流電流傳 感器的直流電流信號Id。，輸出端pulse與脈沖整流器的g極連接。
[0024] 整流模塊2為脈沖整流器，所述的脈沖整流器為三電平脈沖整流器，其中三電平 脈沖整流器的A極與電感4的輸出端連接，三電平脈沖整流器的B極與相鄰轉(zhuǎn)換單元中的 三電平脈沖整流器的A極連接，三電平脈沖整流器的g極與控制器1的輸出端pulse連接。
[0025] 在三電平脈沖整流器輸出正極和N極之間設(shè)置了第一電容5,在三電平脈沖整流 器的負(fù)極與N極之間設(shè)置了第二電容6,起到了平衡電壓的作用，保證N極為0電位。
[0026] 電阻3和電感4依次串聯(lián)，電阻3的輸出端連接在電感4的輸入端。電阻3的輸 入端與電網(wǎng)200側(cè)連接。
[0027] 在電網(wǎng)側(cè)200與第一個轉(zhuǎn)換單元中的三電平脈沖整流器B極之間并聯(lián)有交流電壓 傳感器7 ;第二個轉(zhuǎn)換單元中的三電平脈沖整流器B極與第一個轉(zhuǎn)換單元中的三電平脈沖 整流器B極之間并聯(lián)有交流電壓傳感器，第三個轉(zhuǎn)換單元中的三電平脈沖整流器B極與第 二個轉(zhuǎn)換單元中的三電平脈沖整流器B極之間并聯(lián)有交流電壓傳感器，依次類推直到倒數(shù) 第二個轉(zhuǎn)換單元，最后一個轉(zhuǎn)換單元中的三電平脈沖整流器B極之間并聯(lián)有交流電壓傳感 器7,控制器的交流電壓信號輸入端接收交流電壓傳感器7的交流電壓信號。在電網(wǎng)200側(cè) 與電阻3之間串聯(lián)有交流電流傳感器8,控制器的交流電流信號輸入端接收交流電流傳感 器8上的交流電流信號。在脈沖整流器的輸出端并聯(lián)有直流電壓傳感器9,控制器的直流 電壓信號輸入端接收直流電壓傳感器9的直流電壓信號；在脈沖整流器的輸出端串聯(lián)有直 流電流傳感器10,控制器的直流電流信號輸入端接收直流電流傳感器10的直流電流信號。 通過交流電壓傳感器7、交流電流傳感器8、直流電壓傳感器9和直流電流傳感器10可精確 的得到交流電壓、交流電流、直流電壓和直流電流。
[0028] 為了更加直觀的得到的電流變化的情況，在交流電流傳感器的輸出端連接有第一 顯示屏11，在直流電流傳感器的輸出端上連接有第二顯示屏12。
[0029] 交流傳動車輛無變壓器控制直流輸出的方法包括：電網(wǎng)200向相互級聯(lián)的二個以 上的轉(zhuǎn)換單元100供電，各轉(zhuǎn)換單元100對電網(wǎng)的電壓進(jìn)行分壓，轉(zhuǎn)換單元100將交流轉(zhuǎn)換 為直流輸出；具體的過程是：在每一轉(zhuǎn)換單元100中，電網(wǎng)200通過相互串聯(lián)的電阻R和電 容LN供電給脈沖整流器，在脈沖整流器中交流電被轉(zhuǎn)換給直流電輸出；脈沖整流器在交流 轉(zhuǎn)換為直流過程中，根據(jù)控制器1接收到的信號通過計算得到Us信號控制脈沖整流器的 直流輸出，具體的過程是：轉(zhuǎn)換單元中的控制器1檢測電網(wǎng)200側(cè)的交流電壓Ua。、交流電流 Ia。和脈沖整流器輸出端的直流電壓Ud。、直流電流Ib。，同時向控制器1輸入一直流電壓給定 值以；將直流電壓Ud。與直流電壓給定值W進(jìn)行比較，將比較的差值輸入到控制器中的PI調(diào)節(jié)器中，PI調(diào)節(jié)器輸出參考電流IN1，同時計算出Us信號，具體的步驟如下：
[0030] (1)根據(jù)直流電壓給定值和整流模塊輸出端的直流電壓Ud。計算IN1，具體為：
[0031]
[0032] 其中，Kp為控制器中PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，Ti為控制器中PI調(diào)節(jié)器的積分時間 常數(shù)；
[0033] (2)根據(jù)整流模塊輸出端的直流電流Id。、整流模塊輸出端的直流電壓Ud。和U3十 算出IN2，具體為：
[0034] In2=IdcUdc/UN
[0035] 其中，仏為交流側(cè)電壓有效值；
[0036] (3)根據(jù)4和IN2計算出IN"S具體為：
[0037] I,=IN1+IN2
[0038] ⑷計算出Us;
[0039]
[0040] 其中，R為電阻值，LN為電感值，《為電|WJ側(cè)電壓的角頻率，G2為比例放大系數(shù)，iN 為交流側(cè)電流有效值。
[0041] 在控制器中，將Us信號對應(yīng)的波形轉(zhuǎn)換成脈沖信號供脈沖整流器識別。
[0042] 通過脈沖信號控制脈沖整流器的方法是：當(dāng)直流電壓Ud。小于直流電壓給定值 ，參考電流IN1增大，U5發(fā)生變化，脈沖信號也跟隨變化，通過變化的脈沖信號控制脈沖 整流器的輸入電流增大，從而使脈沖整流器的輸出電流增大；當(dāng)直流電壓Ud。大于直流電壓 給定值)_:，參考電流iN1減小，us&生變化，脈沖信號也跟隨變化，通過變化的脈沖信號控 制脈沖整流器的輸入電流減小，從而使脈沖整流器的輸出電流減?。环磸?fù)上述控制過程，讓 直流電壓ud。相對于直流電壓給定值巧在給定范圍內(nèi)變化，即直流電壓ud。在直流電壓給 定值【/I上下波動，實(shí)現(xiàn)精確的控制，讓脈沖整流器具有穩(wěn)定、精確的輸出，如圖2所示。這 里所記載的給定范圍是指在±U值中邊緣，U值根據(jù)需要設(shè)定。
[0043] 在本發(fā)明中，為了測試該結(jié)構(gòu)的運(yùn)行情況，可在脈沖整流器的輸出端上連接等效 負(fù)載13。
[0044] 在實(shí)際使用過程中，取消掉等效負(fù)載13,在脈沖整流器的輸出端連接逆變器，在逆 變器上連接電機(jī)。
[0045] 本發(fā)明，根據(jù)直流電壓給定值和整流模塊輸出端的直流電壓Ud。計算參考電流 值IN1，根據(jù)參考電流值IN1來控制整流模塊的輸出電壓，該控制信號由經(jīng)過計算且與參考電 流值IN1有關(guān)的Us，使得控制信號精確，從而達(dá)到精確控制整流模塊具有穩(wěn)定電壓輸出的目 的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種讓整流模塊具有穩(wěn)定輸出電壓的算法，其特征在于： (1)根據(jù)直流電壓給定值和整流模塊輸出端的直流電壓Ud。計算Ini，具體為：其中，Kp為控制器中PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，T i為控制器中PI調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)； ⑵根據(jù)整流模塊輸出端的直流電流Id。、整流模塊輸出端的直流電壓Ud。和U N計算出 In2，具體為： !N2 - I dcUdc/UN 其中，仏為交流側(cè)電壓有效值； ⑶根據(jù)1?和IN2計算出I Λ具體為： In''' _ I ni+In2 (4)計算出Us;其中，R為電阻值，Ln為電感值，ω為電網(wǎng)側(cè)電壓的角頻率，G2為比例放大系數(shù)，i N為交 流側(cè)電流有效值； 通過Us信號控制整流模塊輸出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的讓整流模塊具有穩(wěn)定輸出電壓的算法，其特征在于：參考電 流4與整流模塊輸出端的直流電流I d。進(jìn)行比較；當(dāng)I d。電流值小于參考電流值I ^時，通 過計算得到的Us信號控制整流模塊的輸入電流增大，從而使整流模塊的輸出電流增大；當(dāng) Id。電流值大于參考電流值I ^時，通過計算得到的Us信號控制整流模塊的輸入電流減小， 從而使整流模塊的輸出電流減??；反復(fù)上述控制過程，讓整流模塊輸出端的直流電壓U d。相 對于直流電壓給定值^在給定范圍內(nèi)變化。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種讓整流模塊具有穩(wěn)定輸出電壓的算法，通過以下數(shù)學(xué)式實(shí)現(xiàn)；(2)IN2＝IdcUdc/UN；(3)IN※＝IN1+IN2；利用Us信號控制整流模塊，讓整流模塊具有穩(wěn)定的直流電壓輸出。
【IPC分類】H02M7/02
【公開號】CN105186891
【申請?zhí)枴緾N201510566680
【發(fā)明人】鄧澤靖
【申請人】廣州電力機(jī)車有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月7日