基于dSPACE的城市轨道交通再生能量逆变装置的制作方法

本实用新型涉及城市轨道交通再生能量技术领域，具体为一种基于dSPACE的城市轨道交通再生能量逆变装置。

背景技术：

城市轨道交通车辆运营时需要频繁地起动和制动。当起动时，车辆从电网中吸收大量电能从而实现快速加速；当到站车辆开始电制动时，其动能在较短时间内转化成大量的电能。而对于电制动产生的能量，必须进行有效吸收，否则会引起直流母线电压过高而损坏相关设备，且会影响电制动效果。

目前国内再生制动能量吸收装置主要包括电阻耗能型、电容储能型、飞轮储能型以及逆变回馈型等4种。逆变回馈型充分利用了列车再生制动能量，节能效果好，并可取消或减少列车车载制动电阻；其能量直接回馈到电网，既不需要配置储能元件，也不需要配置吸收电阻，降低运营成本，受到广泛的青睐。

目前城市轨道再生能量逆变装置多采用以dsp为核心的控制器，驱动功率管的PWM脉冲信号都是由dsp输出，而dsp所输出的脉冲信号的电压很低，不能满足对IGBT的驱动要求，所以需要对将脉冲信号进行放大，又由于dsp能承受的电压较低，为了防止较高的电压对dsp造成损害，所以还需要对驱动电路进行隔离。这样就增加了结构的复杂程度和器件损坏的概率。同时对于初学者来说，dsp的学习和使用都较为困难，不方便对逆变装置进行调试，造成了研发周期的过长。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种不需要驱动电路的隔离部分，可有效降低结构复杂程度的基于dSPACE的城市轨道交通再生能量逆变装置。技术方案如下：

基于dSPACE的城市轨道交通再生能量逆变装置，其特征在于，包括采样电路、dSPACE控制器、驱动电路和逆变回馈主电路；采样电路连接到dSPACE控制器的DS4003接口，用于将采集到的直流母线电压和交流侧三相电压电流信号传送至dSPACE控制器；驱动电路连接到dSPACE控制器的DS2012接口，用于将dSPACE控制器产生的PWM控制信号放大后传动至逆变回馈主电路。

进一步的，所述逆变回馈主电路包括IGBT逆变电路、LCL滤波器；IGBT逆变电路连接到直流母线，根据接收到的PWM控制信号将直流电压进行逆变，LCL滤波器将逆变后得到的交流电进行滤波后回馈到交流侧。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用dSPACE控制器代替dsp控制部分，dSPACE能够承受比dsp更高的输入电压，因此不需要驱动电路的隔离部分，有效的改善了结构的复杂程度。

附图说明

图1是实施例在城市轨道运用的结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明，如图1所示，基于dSPACE的城市轨道交通再生能量逆变装置，包括采样电路（包括传感器和电压跟随器）、dSPACE控制器、驱动电路（包括SCALE-2驱动内核的双通道驱动器）和逆变回馈主电路；采样电路连接到dSPACE控制器的DS4003接口，用于将采集到的直流母线电压和交流侧三相电压电流信号传送至dSPACE控制器；驱动电路连接到dSPACE控制器的DS2012接口，用于将dSPACE控制器产生的PWM控制信号放大后传动至逆变回馈主电路。

本实施例的逆变回馈主电路包括IGBT逆变电路、LCL滤波器和输入输出端口；IGBT逆变电路连接到直流母线，根据接收到的PWM控制信号将直流电压进行逆变，LCL滤波器将逆变后得到的交流电进行滤波后回馈到交流侧。输入端口将直流母线电压电流信号和PWM控制信号接入逆变回馈主电路板，输出端口将经过逆变后的交流信号接出到交流侧。

工作原理：将逆变回馈装置控制器模型下载到半实物仿真平台dSPACE中，即为虚拟的控制器。将采集的直流母线电压信号V_dc和三相电压电流信号U_abc、I_abc通过DS4003端口接到dSPACE控制器，在控制器内部直流母线电压信号V_dc与设定电压值V_ref相比较，若V_dc>V_ref，则dSPACE控制器输出PWM控制信号，启动逆变回馈主电路，将列车制动产生的能量回馈到交流380V侧。若V_dc<V_ref，则逆变回馈装置控制器不动作。

工作流程：dSPACE控制器由DS4003端口检测到采样电路输出的直流母线电压V_dc和交流侧三相电压电流U_abc，I_abc。控制回路采用的是基于SVPWM的电压外环电流内环的比例积分PI调控，以设定电压值1650V为参考电压值V_ref，采集牵引网电压电流信号，将牵引网电压V_dc与参考电压送入比较器，实时比较电压幅值是否超过设定电压值，以判断逆变器是否启动触发，比较后所得误差通过比例积分PI调节器调节得到电流参考值_Iref。电压外环的作用有两点：一是稳定直流侧电压，二是为电流内环提供一个参考电流值。三相交流电实际电流值I_abc经dq解耦后得到电流有功分量I_d与I_ref比较并PI调解。由于并网过程中期望产生尽可能多的有功功率，故将电流无功分量I_q与0比较并PI调解，经电网电压前馈补偿得到电压的V_d、V_q经过Park变换，将信号送入SVPWM调制，得到脉冲信号，将脉冲信号输出到dSPACE的DS2012端口，经过驱动电路，触发逆变器开关元件，将逆变能量回馈到380V交流侧。

本实施例采用dSPACE代替传统的dsp控制部分，dSPACE能够承受比dsp高的输入电压，因此不需要驱动电路的隔离部分，这样就改善了结构的复杂程度。同时我们不用或者只需编写极少的程序代码就可以完成以前需要编写大量编码来完成的工作，而模型参数的修改和下载也非常方便，完全避免了因为局部改动就要花费几周甚至几个月的时间进行代码的修改和重新测试，大大节省了时间并提高了效率。