专利名称：可回馈制动能量的磁浮列车牵引供电系统抑制网侧谐波的方法
技术领域：
本发明属于抑制电流谐波的方法，尤其涉及一种用二极管不控整流 和晶闸管相控整流的交流一直流变换装置提供牵引电力的磁浮牵引供 电系统的抑制谐波方法。
背景技术：
现有的高速磁浮列车的牵引供电系统使用的是由二极管不控整流 和晶闸管相控整流组成的交流一直流变换装置和串联的逆变器，这种交 流一直流变换装置没有将列车制动时的制动能量回馈电网的功能，而且 会使电网网侧电流波形产生畸变，使之含有丰富的低次谐波电流。这种 称作谐波污染的现象将使供电系统的功率因素降低，大量的无功电流使 电网输电损耗增加，影响整个电网的供电质量。
专利号200410024636.6，名称为《整流、滤波、无功补偿装置》的 中国发明专利提出了使用四象限变流器代替现有的交流一 直流变换装 置作为高速磁浮供电系统的一部分，不仅在列车处于牵引状态时，将电 网的电力变换后供给列车负载，在列车处于制动时又可将制动能量回馈 给电网。同时，由于四象限变流器开关的频率高，能有效地减少低次谐 波的产生，降低了网侧电流的畸变率，提高了电网的供电质量，在列车 牵引时功率因数可为l，在制动回馈时功率因素可为负1。
但是由于用同容量等级的四象限变流器来替代现有交流一直流变 换装置作高速磁浮的牵弓I供电系统在成本上过于昂贵，在财力上受到了 极大的限制而难于实现。
本发明的发明人在对长大干线的磁浮交通进行深入分析后，认为由
3于在长大干线上由同一变电站供应牵引电力行驶的列车不止一辆，列车的制动能量将为其它处于牵引状态的行驶列车所吸收，实际上可回馈到电网的能量小于现交流一直流变换装置的容量，因此可利用原有的交流一直流变换装置来提供牵引动力，利用并联的小容量的四象限变流器回馈制动能量，由控制器在牵引时关断四象限变流器的工作，在回馈时启动四限象变流器工作(已另案申请，故不作详述)。但该技术方案因牵引时四限象变流器停止工作，不能发挥其抑制谐波的功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可回馈制动能量的磁浮列车牵引供电系统抑制网侧谐波的方法，解决在交流一直流变换装置和并联的小容量的四象限变流器组成的可回馈制动能量的磁浮牵引供电系统中，控制器在交流一直流变换装置提供牵引能量时，控制四象限变流器功率开关管的开通或关断，补偿无功及谐波电流起抑制电网网侧谐波的技术问题。
本发明解决上述问题的技术方法是
一种可回馈制动能量的磁浮列车牵引供电系统抑制网侧谐波的方法，其特征在于控制器通过电流传感器和电压传感器分别获取交流一直流变换装置的输入电流和输入电压、三相四象限变流器的交流电流和直流母线电压，控制器的单片机或数据信号处理器将上述输入电流和输入电压经dq坐标变换成旋转坐标下的电流和电压，该旋转坐标下的电流和电压经低通滤波器后将电流分别做电压方向上投影，并将上述投影与正负直流母线电压的差值经比例积分控制器调节后的结果比较得到电流有功分量在q轴和d轴上的投影，再将该电流有功分量在q轴和d轴上的投影以从锁相环由输入电压提取的角频率反变换可获得基波电流有功分量，该基波电流有功分量与输入 流之差即为给定的补偿电流分量，将该补偿电流分量与电流传感器实际检测的三相四象限变流器的交流电流比较得到误差信号，最后用无差拍的预测电流控制方法以此误差信号计算此时三相四象限变流器各功率开关管开通时间、以及开通时间与关断时间的占空比，从而确定和发出三相四象限变流器各功率开关
管的PWM控制信号。
本发明的有益效果是
1. 本发明可以抑制牵引供电系统的谐波，降低其总谐波畸变率(THD)使功率因素接近l，改善了电网的供电质量，且显著地提高能
量利用率。
2. 用己应用于四象限变流器的无差拍预测电流控制方法解决当前预测电流控制方法中数字控制滞后，交流电采样通道延迟等因素对四象限流器电流环性能的影响，提高控制器对电感参数的鲁棒性。
图1是使用本发明的磁浮列车牵引供电系统。图2是本发明四象限变流器有源滤波的控制框图。
具体实施例方式
请参阅图1，应用本发明的磁浮列车牵引供电系统除逆变器3外还包含二极管不控整流器和晶闸管相控整流器串联组成的交流一直流变换装置2、小容量的三相四象限变流器4和控制装置5，该控制装置5主要由电流传感器、电压传感器、单片机或数字信号处理器(DSP)组成，该三相四象限变流器4的交流端通过变压器分别与该交流一直流变换装置2的交流端及电网1连接，该三相四象限变流器4的直流端与该交流 一 直流变换装置2直流端的直流母线连接构成共同的直流母线对作为负载3的磁浮列车供电。控制装置5的电流传感器和电压传感器分别获取交流一直流变换装置2交流端的输入电流"和输入电压us、三相四象限变流器4的交流电流ie及正负直流母线电压Vde、 V*dc。请参阅图2，控制装置5的单片机或DSP将输入电流h和输入电压
Us经过dq坐标变换得到旋转坐标系下的电流i,q、 iw和电压Usq、 Usd，该旋转坐标系下的电流i,q、 iw和电压Usq、 Usd经低通滤波器LPF滤波后将电流ikp i,d分别做电压Usq、 Usd方向上的投影，并将上述投影ipq、 ipd与
正负直流母线电压vdc、 V*dc的差值经比例积分控制器PI调节后的结果比较得到电流有功分量在q轴和d轴的投影i,pd、 ilpq，再将该投影i,pd、ilpq以从锁相环PLL由输入电压Us提取的角频率o)反变换获得基波电流有功分量if，该基波电流有功分量if与输入电流h之差即为给定的补偿电流分量i、，将补偿电流分量i 与实际检测的三相四象限变流器4的交流电流ie比较得到误差信号，最后将已用于三相四象限变流器的无差拍预电流控制方法以此误差信号计算此时三相四象限变流器4各功率开关管开通时间Ts、以及开通与关断时间的占空比L，以而确定和发出三相四象限变流器各功率开关管的PWM控制信号。这样就可以使三相四象限变流器在交流一直流变换装置向列车负载输出牵引电能时将三相四象限变流器作为有源滤波器，有效地抑制电网1网侧电流产生畸变波形，减少无功电流和输电损耗，将功率因素接近于l，极大地改善电网的供电质量；而在列车制动时，三相四象限变流器又恢复其向电网1回馈制动能量的功能。
本发明使用的无差拍预测电流控制方法具有跟踪快速的优点，它克服现有一般数字控制中控制滞后、低通滤波延迟等因素对控制器由于电感参数变化带来的影响，降低了控制器对电感参数的鲁棒性，提高了控制器输出保持不变的能力。
权利要求
1、可回馈制动能量的磁浮列车牵引供电系统抑制网侧谐波的方法，其特征在于控制器通过电流传感器和电压传感器分别获取交流-直流变换装置的输入电流和输入电压、三相四象限变流器的交流电流和直流母线电压，控制器的单片机或数据信号处理器将上述输入电流和输入电压经dq坐标变换成旋转坐标下的电流和电压，该旋转坐标下的电流和电压经低通滤波器后将电流分别做电压方向上投影，并将上述投影与正负直流母线电压的差值经比例积分控制器调节后的结果比较得到电流有功分量在q轴和d轴上的投影，再将该电流有功分量在q轴和d轴上的投影以从锁相环由输入电压提取的角频率反变换可获得基波电流有功分量，该基波电流有功分量与输入电流之差即为给定的补偿电流分量，将该补偿电流分量与电流传感器实际检测的三相四象限变流器的交流电流比较得到误差信号，最后用无差拍的预测电流控制方法以此误差信号计算此时三相四象限变流器各功率开关管开通时间、以及开通与关断时间的占空比，从而确定和发出三相四象限变流器各功率开关管的PWM控制信号。
全文摘要
本发明属于供电。可回馈制动能量的磁浮列车牵引供电系统抑制网侧谐波的方法，控制器将交流—直流变换装置的输入电流和输入电压经dq坐标变换成旋转坐标下的电流和电压，该电流和电压经低通滤波器后将电流分别做电压方向上投影，将该投影与正负直流母线电压的差值经比例积分控制器调节后的结果比较得到电流有功分量在q、d轴上的投影，再将该q、d轴上的投影以从锁相环由输入电压提取的角频率反变换得基波电流有功分量，该基波电流有功分量与输入电流差为补偿电流分量，将其与实测的三相四象限变流器的交流电流比较得误差信号，用无差拍预测电流控制方法以此误差信号计算此时三相四象限变流器各功率开关管开通时间和占空比，从而发出各功率开关管的PWM控制信号。
文档编号B60L13/00GK101638061SQ20091019459
公开日2010年2月3日 申请日期2009年8月26日 优先权日2009年8月26日
发明者史黎明, 湖 孙, 张立伟, 杨中平, 滢 林, 飞 林, 游小杰, 王琛琛, 贺明智, 郑琼林, 郝瑞祥, 黄先进 申请人:上海磁浮交通发展有限公司;上海磁浮交通工程技术研究中心