动车组辅助变流器无互联线并联控制系统及控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种动车组辅助变流器无互联线并联供电控制系统，包括辅助变流器功率电路和辅助变流器控制电路，辅助变流器功率电路包括多个并联连接的逆变器功率模块，每个辅助变流器模块由相互串联连接的逆变器、变压器和LC滤波器组成；辅助变流器控制电路锁相同步控制单元、瞬时功率计算单元、下垂控制单元、电压闭环控制单元、和中间电压前馈控制单元。本发明实现了动车组多个辅助变流器的并联，增加了辅助变流器的冗余性、可靠性。
【专利说明】动车组辅助变流器无互联线并联控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铁道车辆辅助供电系统，具体的说，涉及一种动车组辅助变流器有互连线并联供电控制系统，及利用该系统进行控制的控制方法。
【背景技术】
[0002]辅助变流器是铁道车辆基本部件之一，起到向列车上的空调、电开水炉等用电设备，提供稳定的三相、单相交流电源，改善车辆舒适性能的作用。辅助变流器主要由逆变器、充电机和蓄电池组成，这里主要涉及三相逆变器。
[0003]目前，动车组一般采用各节车厢的辅助变流器独立供电。随着车上用电设备的日益增加，车厢辅助变流器的容量需要相应增加，当辅助变流器故障时，需要邻车通过接触器转换供电，辅助变流器的冗余性、可靠性较低。将各节车厢的辅助变流器并联，可有效提高辅助变流器的可靠性和冗余性。并联有两种方式，一种是有互连线的并联，另外一种是无互联线的并联。
[0004]无线并联控制，又名下垂控制，采用外特性下垂法，每个辅助变流器仅检测本单元的输出有功功率和无功功率，按一定算法调整本单元的输出电压和频率实现均流，相较于有互连线控制，不会引入外界噪声和干扰，大大提高了并联系统的可靠性和冗余性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种结构简单、运行可靠的动车组辅助变流器无互联线并联供电控制系统。
[0006]本发明的技术方案是:一种动车组辅助变流器无互联线并联供电控制系统，包括辅助变流器功率电路和辅助变流器控制电路，辅助变流器功率电路包括多个并联连接的逆变器功率模块，每个辅助变流器模块由相互串联连接的逆变器、变压器和LC滤波器组成；辅助变流器控制电路锁相同步控制单元、瞬时功率计算单元、下垂控制单元、电压闭环控制单元、和中间电压前馈控制单元，锁相同步控制单元的输入端连接辅助变流器功率电路交流母线，采集三相母线电压值，锁相同步控制单元的电压输出端连接下垂控制单元的输入端，锁相同步控制单元的相位角输出端一部分连接到逆变器，另一部分反馈回锁相同步控制单元；瞬时功率计算单元的输入端连接LC滤波器的输出端，采集三相相电路的电流，瞬时功率计算单元的输入端还连接辅助变流器功率电路交流母线，采集三相母线电压值，瞬时功率计算单元的输出端连接下垂控制单元的输入端；下垂控制单元的输出端连接电压闭环控制单元的输入端，电压闭环控制单元的输出端连接逆变器；中间电压前馈控制单元的输入端连接辅助变流器模块的直流母线端，中间电压前馈控制单元的输出端连接电压闭环控制单元的输入端。
[0007]—种动车组辅助变流器无互联线并联控制系统的控制方法，该方法如下:锁相同步控制单元和瞬时功率计算单元分别采集三相交流母线电压，ua、Ub和U。,锁相同步控制单元利用ua、ub、u。和基准频率计算得到相角调节值Θ和下垂电压调节值Utl，相角调节值反馈回锁相同步控制单元和逆变器，用于调整逆变器相角偏差；瞬时功率计算单元采集LC滤波器的输出端，采集三相相电路的电流ia、ib和i。，利用三相相电路的电流ia、ib和以及三相交流母线电压，ua、ub和U。计算逆变器的有功功率P和无功功率Q，，下垂控制单元结合P、Q计算得到电压调节量U'中间电压前馈控制单元采集逆变器直流母线端的电压υ_，并计算得出中间电压前馈控制输出U。，电压闭环控制系统根据电压调节量U*和中间电压前馈控制输出U。，最终计算得到逆变器电压调节值U，根据逆变器电压调节值U和相角调节值Θ调节逆变器输出，保证每个逆变器单元稳定工作。
[0008]本发明的有益效果是:
[0009]本发明实现了动车组多个辅助变流器的并联，增加了辅助变流器的冗余性、可靠性。该控制系统使用电压闭环控制，控制复杂度相对降低，控制可靠性提高；该控制系统可以实现各辅助变流器功率电路对母线电压的准确锁相同步，并联的运行可靠性高。该控制中的使用的电压、PQ均采用瞬时值控制，在一般的PQ下垂控制中引入中间电压前馈控制，动态性能好。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]附图1为动车组辅助变流器无互联线并联供电系统结构示意图。
[0011]附图2为本发明控制系统结构示意图。
[0012]附图3为两条辅助变流器功率电路并联时的均流电流实验波形图。
[0013]附图4为两条辅助变流器功率电路并联时的各自输出的电压电流实验波形图。
【具体实施方式】
[0014]以下结合说明书附图对本发明的具体实施例做详细说明。
[0015]如附图1和附图2所示
[0016]动车组辅助变流器无互联线并联供电控制系统，包括辅助变流器功率电路和辅助变流器控制电路，辅助变流器功率电路包括多个并联连接的逆变器功率模块，每个辅助变流器模块由相互串联连接的逆变器、变压器和LC滤波器组成；辅助变流器控制电路锁相同步控制单元7、瞬时功率计算单元8、下垂控制单元9、电压闭环控制单元10、和中间电压前馈控制单元11，锁相同步控制单元7的输入端连接辅助变流器功率电路交流母线，采集三相母线电压值，锁相同步控制单元7的电压输出端连接下垂控制单元的输入端，锁相同步控制单元7的相位角输出端一部分连接到逆变器，另一部分反馈回锁相同步控制单元7 ;瞬时功率计算单元8的输入端连接LC滤波器的输出端，采集三相相电路的电流，瞬时功率计算单元8的输入端还连接辅助变流器功率电路交流母线，采集三相母线电压值，瞬时功率计算单元8的输出端连接下垂控制单元9的输入端；下垂控制单元9的输出端连接电压闭环控制单元10的输入端，电压闭环控制单元10的输出端连接逆变器；中间电压前馈控制单元11的输入端连接辅助变流器模块的直流母线端，中间电压前馈控制单元11的输出端连接电压闭环控制单元10的输入端。
[0017]系统工作时，锁相同步控制单元7和瞬时功率计算单元8分别采集三相交流母线电压，ua、ub和U。,锁相同步控制单元7利用ua、ub> U。和基准频率f%计算得到相角调节值Θ和下垂电压调节值Utl，相角调节值反馈回锁相同步控制单元7和逆变器，用于调整逆变器相角偏差；瞬时功率计算单元8采集LC滤波器的输出端，采集三相相电路的电流ia、ib和ic，利用三相相电路的电流ia、ib和i。以及三相交流母线电压，Ua, Ub和U。计算逆变器的有功功率P和无功功率Q，，下垂控制单元9结合P、Q计算得到电压调节量U'中间电压前馈控制单元11采集逆变器直流母线端的电压υ_，并计算得出中间电压前馈控制输出U。，电压闭环控制单元10根据电压调节量U*和中间电压前馈控制输出U。，最终计算得到逆变器电压调节值U，根据逆变器电压调节值U和相角调节值Θ调节逆变器输出，保证每个逆变器单元稳定工作。
[0018]附图3为两条辅助变流器功率电路并联时的均流电流实验波形图。图中的I和2分别为两条辅助变流器功率电路上的电流值，如图可见，两条电路并联后，电路上的电流稳定，不会突变。
[0019]附图4为两条辅助变流器功率电路并联时的各自输出的电压电流实验波形图。图中的3和4为两条两条辅助变流器功率电路并联后两条线路上输出的电压值，图中的5和6为两条电路并联后线路上输出的电流值，由图可见，电流和电压的输出值平稳，控制系统有可靠的控制效果。
【权利要求】
1.一种动车组辅助变流器无互联线并联供电控制系统，其特征在于:包括辅助变流器功率电路和辅助变流器控制电路，辅助变流器功率电路包括多个并联连接的逆变器功率模块，每个辅助变流器模块由相互串联连接的逆变器、变压器和LC滤波器组成；辅助变流器控制电路锁相同步控制单元、瞬时功率计算单元、下垂控制单元、电压闭环控制单元、和中间电压前馈控制单元，锁相同步控制单元的输入端连接辅助变流器功率电路交流母线，采集三相母线电压值，锁相同步控制单元的电压输出端连接下垂控制单元的输入端，锁相同步控制单元的相位角输出端一部分连接到逆变器，另一部分反馈回锁相同步控制单元；瞬时功率计算单元的输入端连接LC滤波器的输出端，采集三相相电路的电流，瞬时功率计算单元的输入端还连接辅助变流器功率电路交流母线，采集三相母线电压值，瞬时功率计算单元的输出端连接下垂控制单元的输入端；下垂控制单元的输出端连接电压闭环控制单元的输入端，电压闭环控制单元的输出端连接逆变器；中间电压前馈控制单元的输入端连接辅助变流器模块的直流母线端，中间电压前馈控制单元的输出端连接电压闭环控制单元的输入端。
2.一种动车组辅助变流器无互联线并联供电控制方法，其特征在于:锁相同步控制单元和瞬时功率计算单元分别采集三相交流母线电压，ua、ub和u。，锁相同步控制单元利用ua、ub、u。和基准频率f%计算得到相角调节值Θ和下垂电压调节值Utl，相角调节值反馈回锁相同步控制单元和逆变器，用于调整逆变器相角偏差；瞬时功率计算单元采集LC滤波器的输出端，采集三相相电路的电流ia、ib和i。，利用三相相电路的电流ia、ib和i。以及三相交流母线电压，ua、ub和U。计算逆变器的有功功率P和无功功率Q，，下垂控制单元结合P、Q计算得到电压调节量U%中间电压前馈控制单元采集逆变器直流母线端的电压Ucia,并计算得出中间电压前馈控制输出U。，电压闭环控制系统根据电压调节量U*和中间电压前馈控制输出U。，最终计算得到逆变器电压调节值U，根据逆变器电压调节值U和相角调节值Θ调节逆变器输出，保证每个逆变器单元稳定工作。
【文档编号】H02M7/42GK103457494SQ201310418292
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】李照平, 杨东军, 李博, 张波, 位俊雷, 张利军, 周扬, 张晓明, 谢峥, 张艳芳 申请人:青岛四方车辆研究所有限公司