一种频率补偿式无拍频调制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及动车组牵引电机应用领域，具体涉及一种频率补偿式无拍频调制方法及系统；该方法中，首先由电机控制器矢量控制输出调制深度，电压传感器采样直流母线电压，并计算得到直流母线电压信息，根据直流母线电压信息，计算出需要补偿的频率并施加PWM波，通过对带通滤波器进行修正从而对直流母线电压进行相位补偿；在本方案中，通过检测直流电压并对其进行延时补偿，结合电机输出的基波分量计算得到需要补偿的双频率分量，然后将其补偿到调制波的频率中，实现逆变器的输出电压谐波向高频转移，为幅值补偿和单频率补偿两种无拍频算法提供过渡，从而在全速度范围内最大程度地减小电机的转矩脉动。机的转矩脉动。机的转矩脉动。

【技术实现步骤摘要】
一种频率补偿式无拍频调制方法及系统


[0001]本专利技术涉及动车组牵引电机应用领域，具体涉及一种频率补偿式无拍频调制方法及系统。

技术介绍

[0002]由于动车组是通过接触网单相供电，因此不可避免的会产生二次脉动功率，从而导致直流母线出现二次脉动电压。该二次脉动电压经过三相逆变器的调制，会在输出相电压耦合出两个主要谐波分量，使得电机电流谐波和转矩脉动增大、温度急剧升高，出现拍频现象，严重影响了动车组的安全稳定运行。
[0003]针对这样的情况，很多型号动车组的牵引变流器都在直流母线处并联谐振频率为100Hz的LC支路来吸收二次脉动功率。但由于LC谐振支路存在体积重量大的缺点，硬件成本高，可靠性较低，随着使用年限的增加想，谐振点会偏移，导致拍频的抑制效果变差。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的不足，本专利技术目的是提供一种能够通过对逆变器的输出频率进行补偿，实现逆变器的输出谐波电压向高频转移，在全速度范围内最大程度地减小电机的转矩脉动，保证动车组牵引系统安全稳定运行的频率补偿式无拍频调制方法及系统。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：所述的频率补偿式无拍频调制方法，该方法包括以下步骤：
[0006](1)电机控制器矢量控制输出调制深度M，电压传感器采样直流母线电压u
dc
，并计算得到直流母线电压信息；
[0007](2)计算调制信号的空间矢量轨迹，并分别记幅值补偿的轨迹为A，记双频率补偿的轨迹为B，以单频率补偿时的电压轨迹为理想标准圆，在加速过程中，若轨迹A未超出标准圆，则电机控制器进行幅值补偿，若轨迹A超出标准圆，且此时轨迹B也超出标准圆，则电机控制器进行单频率补偿，若此时轨迹B未超出标准圆，则电机控制器进行双频率补偿；
[0008]在减速过程中，若轨迹B超出标准圆，则电机控制器进行单频率补偿，若轨迹B未超出标准圆，且此时轨迹A也未超出标准圆，则电机控制器进行幅值补偿，若此时轨迹A超出标准圆，则电机控制器进行双频率补偿；
[0009]在步骤(2)中，进行双频率补偿的过程为：
[0010]根据步骤(1)中计算得到的直流母线电压信息，计算出需要补偿的频率并施加PWM波，通过对带通滤波器进行修正从而对直流母线电压进行相位补偿。
[0011]在上述技术方案中，通过检测直流电压并对其进行延时补偿，结合电机输出的基波分量计算得到需要补偿的双频率分量，然后将其补偿到调制波的频率中，实现逆变器的输出电压谐波向高频转移，为幅值补偿和单频率补偿两种无拍频算法提供过渡，从而在全速度范围内最大程度地减小电机的转矩脉动。
[0012]进一步地，在步骤(1)中，电压传感器采样直流母线电压并计算得到直流母线电压
信息的过程为：
[0013]控制器对电压传感器采样得到的直流母线电压进行在线滑窗傅里叶分析，假设采样频率为f
c
，设置滑窗大小N
w
＝f
c
/100，在N时刻，母线上的直流分量和二次脉动电压的傅里叶级数C
dc
(N)和C
100
(N)分别表示为：
[0014][0015][0016]由上式可得实时母线电压的表达式为：
[0017]u
dc
＝U
dc
+ΔU
dc sin(2ωgt+θ
100
)；
[0018]在上式中，ΔU
dc
为二次脉动分量的幅值，ωg为电网频率，t为时间，θ
100
为二次脉动分量的相位。
[0019]进一步地，在步骤(2)中，计算需要补偿的频率并施加PWM波、通过对带通滤波器进行修正从而对直流母线电压u
d
c进行相位补偿的过程为：
[0020]采样控制周期T
c
为半个开关周期，分别在载波最低点和最高点对直流母线电压进行采样，以t(0)时刻为例，在该时刻进行采样，通过计算在t(1)时刻加载参考电压比较值V
ref
(1)，在t(1)～t(2)之间发出了脉冲，从采样到发出脉冲平均耗时T
d
为1.5T
c
，在1.5T
c
这段时间内，需要补偿的相位角θ
com
为：
[0021][0022]由此计算得到母线二次脉动电压的相位角：
[0023]θ＝θ
100
+θ
com
＝θ
100
+3T
c
ω
g
；
[0024]假设三相调制波分别为：
[0025]m
a
＝A sin(ω
e
t+θ
a
)；
[0026]m
b
＝A sin(ω
e
t+θ
b
)；
[0027]m
c
＝A sin(ω
e
t+θ
c
)；
[0028]由此可得到三相补偿频率分别为：
[0029][0030][0031][0032]则逆变器输出电压为：
[0033]u
a
＝A sin(ω
a
t+θ
a
)u
dc
＝U
dc
A sin(θ
a
+ω
e
t)
‑
AΔU
dc sin(2ω
g
t+θ+2ω
e
t+3θ
a
)；
[0034]u
b
＝Asin(ω
b
t+θ
b
)u
dc
＝U
dc
A sin(θ
b
+ω
e
t)
‑
AΔU
dc sin(2ω
g
t+θ+2ω
e
t+3θ
b
)；
[0035]u
c
＝Asin(ω
c
t+θ
c
)u
dc
＝U
dc
A sin(θ
c
+ω
e
t)
‑
AΔU
dc sin(2ω
g
t+θ+2ω
e
t+3θ
c
)。
[0036]所述的频率补偿式无拍频调制系统，该系统包括与四象限整流器的输出端连接的直流母线、对直流母线进行电压检测的电压传感器、根据直流母线电压进行计算得到直流母线电压信息、同时计算需要补偿的频率的DSP控制器、三相牵引电机、PWM发生器、三相逆变器以及用于提取直流母线电压二倍频交流分量的带通滤波器。
[0037]进一步地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种频率补偿式无拍频调制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)电机控制器矢量控制输出调制深度，电压传感器采样直流母线电压，并计算得到直流母线电压信息；(2)计算调制信号的空间矢量轨迹，并分别记幅值补偿的轨迹为A，记双频率补偿的轨迹为B，以单频率补偿时的电压轨迹为理想标准圆，在加速过程中，若轨迹A未超出标准圆，则电机控制器进行幅值补偿，若轨迹A超出标准圆，且此时轨迹B也超出标准圆，则电机控制器进行单频率补偿，若此时轨迹B未超出标准圆，则电机控制器进行双频率补偿；在减速过程中，若轨迹B超出标准圆，则电机控制器进行单频率补偿，若轨迹B未超出标准圆，且此时轨迹A也未超出标准圆，则电机控制器进行幅值补偿，若此时轨迹A超出标准圆，则电机控制器进行双频率补偿；在步骤(2)中，进行双频率补偿的过程为：根据步骤(1)中计算得到的直流母线电压信息，计算出需要补偿的频率并施加PWM波，通过对带通滤波器进行修正从而对直流母线电压进行相位补偿。2.根据权利要求1所述的频率补偿式无拍频调制方法，其特征在于，在步骤(1)中，电压传感器采样直流母线电压并计算得到直流母线电压信息的过程为：控制器对电压传感器采样得到的直流母线电压进行在线滑窗傅里叶分析，假设采样频率为f
c
，设置滑窗大小N
w
＝f
c
/100，在N时刻，母线上的直流分量和二次脉动电压的傅里叶级数C
dc
(N)和C
100
(N)分别表示为：(N)分别表示为：由上式可得实时母线电压的表达式为：u
dc
＝U
dc
+ΔU
dc
sin(2ωgt+θ
100
)；在上式中，ΔU
dc
为二次脉动分量的幅值，ωg为电网频率，t为时间，θ
100
为二次脉动分量的相位。3.根据权利要求2所述的频率补偿式无拍频调制方法，其特征在于，在步骤(2)中，计算需要补偿的频率并施加PWM波、通过对带通滤波器进行修正从而对直流母线电压u
dc
进行相位补偿的过程为：采样控制周期T
c
为半个开关周期，分别在载波最低点和最高点对直流母线电压进行采样，以t(0)时刻为例，在该时刻进行采样，通过计算在t(1)时刻加载参考电压比较值V
ref
(1)，在t(1)～t(2)之间发出了脉冲，从采样到发出脉冲平均耗时T
d
为1.5T
c
，在1.5T
c
这段时间内，需要补偿的相位角θ
com
为：由此计算得到母线二次脉动电压的相位角：θ＝θ
100
+θ
com
＝θ
100
+3T
c
ω
g
；假设三相调制波分别为：
m
a
＝A sin(ω
e
t+θ
a
)；m
b
＝A sin(ω
e
t+θ
b
)；m
c
＝A sin(ω
e
t+θ
c
)；由此可得到三相补偿频率分别为：由此可得到三相补偿频率分别为：由此可得到三相补偿频率分别为：则逆变器输出电压为：u
a
＝A sin(ω
a
t+θ
a
)u
dc
＝U
dc
A sin(θ
a
+ω
e
t)
‑
AΔU
dc
sin(2ω
g
t+θ+2ω
e
t+3θ
a
)；u
b
＝A sin(ω
b
t+θ
b
)u
dc
＝U
dc
A sin(θ
b
+ω
e
t)
‑
AΔU
dc
sin(2ω
g
t+θ+2ω
e
t+3θ
b
)；u
c
＝A sin(ω
c
t+θ
c
)u
dc
＝U
dc
A sin(θ
c
+ω
e
t)
‑
AΔU
dc
sin(2ω
g
t+θ+2ω
e
t+3θ
c
)。4.一种频率补...

【专利技术属性】
技术研发人员：况阳，陈杰，吴楠，沈来来，王旨，刘志刚，邱瑞昌，苗逸飞，
申请(专利权)人：中车长春轨道客车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：