一种动车组四象限整流器输入过流抑制方法与系统与流程

1.本发明涉及动车组电路保护技术领域，尤其涉及一种动车组四象限整流器输入过流抑制方法与系统。


背景技术：

2.铁路动车组牵引动力能量来源于接触网单相25kv、50hz的交流电供电，而动车组四象限整流器是一个脉宽调制变流器，它的电源是频率50hz、幅值25kv恒定的交流电，它的输出是直流电压，它的负载是逆变器控制的交流电机。其工作原理是通过脉冲宽度控制，调节输出直流电压的幅值和四象限输入电流相位，使输入电流的波形尽量与电源电压保持一致，同时保持输出直流电压稳定在目标值。单相四象限整流器在正常工作时需要根据锁定的电网频率和相位调整脉冲保持正常工作。然而，在实际运用中，四象限电源是通过受电弓与接触网摩擦受流，受线路条件与机车速度影响，受电弓与接触网可能会发生短暂脱离，或者由于轮轨黏着工况发生变化导致交流电机转矩发生波动，导致四象限输入电流超过保护值，可能会造成动车组电气设备的损坏或重启，影响动车组正常运用，造成一定经济损失。
3.现有的四象限整流器输入过流抑制方法中，由于四象限电流调节环对四象限输入电流给定值与实际值的差值进行比例积分运算，实际输出过程中存在电流超调导致电流超出保护值的问题，四象限输入电流过流抑制不彻底。通过降低四象限整流器电流环调节参数的方法中，由于四象限整流器输入电流跟踪的快慢决定着中间电压偏差调节速度，因此当四象限整流器负载或输入电源有波动时可能会导致中间电压比较大的波动，容易发生中间电压欠压或过压故障。


技术实现要素：

4.本发明提供一种动车组四象限整流器输入过流抑制方法与系统，以克服上述技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
6.一种动车组四象限整流器输入过流抑制方法，包括如下步骤：
7.s1：获取变压器次边电压un、四象限输出电压值ud、四象限输入电流值i；
8.s2：根据所述四象限输出电压值ud，获取四象限输出电压给定值u
d*
与所述四象限输出电压值ud之间的电压差，以获取目标电流值i
cmd
；
9.s3根据所述四象限输入电流值i与目标电流值i
cmd
获取四象限电压调节信号c
out
；
10.s4：根据所述四象限电压调节信号c
out
，获取输出电压值u
out
；
11.s5：根据所述输出电压值u
out
和所述变压器次边电压un，获取pwm脉冲信号；以根据所述pwm脉冲信号对功率开关器件进行控制。
12.进一步的，所述s4中，获取输出电压值u
out
方法如下：
[0013][0014]
式中，i
max
为四象限整流器控制输入电流保护值；i是四象限输入电流值，f是四象限整流器控制频率；l为变压器次边电感值；c
out
是四象限调节信号。
[0015]
基于一种动车组四象限整流器输入过流抑制方法的过流抑制系统，包括脉冲生成模块，包括中间电压控制环、四象限电流调节环、四象限电流限制环；
[0016]
所述中间电压控制环用于根据变压器次边电压un、四象限输出电压值ud、四象限输入电流值i，获取目标电流值i
cmd
；
[0017]
所述四象限电流调节环用于根据所述四象限输入电流值i与目标电流值i
cmd
获取四象限电压调节信号c
out
；
[0018]
所述四象限电流限制环用于根据四象限输出电压值ud和四象限电压调节信号c
out
，获取输出电压值u
out
；
[0019]
所述脉冲生成模块用于根据所述输出电压值u
out
和所述变压器次边电压un，获取pwm脉冲信号，以对功率开关器件进行控制。
[0020]
进一步的，所述功率开关器件采用的是半导体功率器件。
[0021]
进一步的，所述中间电压控制环采用的是dsp芯片电路。
[0022]
有益效果：本发明的一种动车组四象限整流器输入过流抑制方法与系统，通过四象限电压调节信号来获取输出电压值，进而获取pwm脉冲信号；并根据pwm脉冲信号对所述功率开关器件进行控制，从而在维持四象限输出电压稳定的同时保证四象限输入电流不超过保护值。解决了现有的四象限整流器控制方法在其输入电源电压或输出负载波动时会引起四象限输入电流波动超出保护值的问题，不影响四象限整流器正常控制性能，不需要调节控制参数，保证中间电压的响应速度，从而保持中间电压的稳定。
附图说明
[0023]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]
图1为本发明的动车组四象限整流器输入过流抑制方法流程图；
[0025]
图2为本发明的实施例中的动车组四象限整流器输入过流抑制系统结构图；
[0026]
图3为本发明的实施例中的动车组四象限整流器输入过流抑制系统中的信号流向图；
[0027]
图4为本发明的实施例中的动车组四象限整流器等效原理图；
[0028]
图5为本发明的实施例中的动车组电网电压突变时刻波形图；
[0029]
图6为本发明的实施例中的没有实施本发明方法的四象限输入电流波形图；
[0030]
图7为本发明的实施例中的实时本发明方法的四象限输入电流波形图。
具体实施方式
[0031]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]
本实施例提供了一种动车组四象限整流器输入过流抑制方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0033]
s1：通过信号采集电路获取变压器次边电压un、四象限输出电压值ud、四象限输入电流值i，并将所述变压器边变电压un、四象限输出电压值ud、四象限输入电流值i传输至dsp芯片电路；如图4所示，展示了动车组四象限整流器等效原理图；
[0034]
s2：dsp芯片电路中的中间电压控制环根据所述四象限输出电压值ud，获取四象限输出电压给定值u
d*
与所述四象限输出电压值ud之间的电压差，以获取目标电流值i
cmd
；
[0035]
具体的，本实施例通过dsp芯片电路中的中间电压控制环获取四象限输出电压给定值u
d*
与所述四象限输出电压值ud之间的偏差即电压差，并将其送入中间电压控制环中的比例积分(pi)环节以输出目标电流值i
cmd
；所用方法为领域内常规技术，这里不进行详细描述。
[0036]
s3：四象限电流调节环根据所述四象限输入电流值i与目标电流值i
cmd
获取四象限电压调节信号c
out
；
[0037]
具体的，本实施例中，将所述四象限输入电流值i与目标电流值i
cmd
作差后，进行比例与积分运算，得到四象限电压调节信号c
out
；此为常规技术，这里不进行过多描述。
[0038]
s4：根据所述四象限电压调节信号c
out
，将其送入四象限电流限制环进行限制运算，获取输出电压值u
out
；
[0039]
优选地，获取输出电压值u
out
方法如下：
[0040][0041]
式中，i
max
为四象限整流器控制输入电流保护值；i是四象限输入电流值，f是四象限整流器控制频率；l为变压器次边电感值；c
out
是四象限调节信号；
[0042]
s5：根据所述输出电压值u
out
和所述变压器次边电压un，获取pwm脉冲信号；
[0043]
具体的，所输出电压值u
out
再经过与变压器次边电压un进行运算，即能够计算出pwm脉冲信号，再经驱动电路放大后传输至功率模块电路驱动功率开关器件进行开通关断，从而在维持四象限输出电压稳定的同时保证四象限输入电流不超过保护值。其中，计算pwm脉冲信号的方法为领域内的现有技术，这里不对其进行详细描述。
[0044]
s6：根据所述pwm脉冲信号对所述功率开关器件进行控制。
[0045]
本发明还公开了一种动车组四象限整流器输入过流抑制系统，如图2所示，包括脉冲生成模块、中间电压控制环、四象限电流调节环、四象限电流限制环；
[0046]
所述中间电压控制环用于根据信号采集电路所采集的变压器次边电压un、四象限
输出电压值ud、四象限输入电流值i，获取目标电流值i
cmd
；
[0047]
所述四象限电流调节环用于根据所述四象限输入电流值i与目标电流值i
cmd
获取四象限电压调节信号c
out
；
[0048]
所述四象限电流限制环用于根据所述四象限电压调节信号c
out
，获取输出电压值u
out
；
[0049]
所述脉冲生成模块用于根据所述输出电压值u
out
和所述变压器次边电压un，获取pwm脉冲信号，以对功率开关器件进行控制。
[0050]
具体的，如图3所示，本实施例中的变压器次边电压通过电压互感器获取，四象限输入电流值与四象限输出电压值分别通过电流传感器与电压传感器获取，信号采集电路将电压互感器以及电流传感器、电压传感器采集到的次边电压信号、四象限输入电流信号、四象限输出电压信号送入dsp芯片电路，生成开关信号，送入驱动电路生成驱动信号，进而驱动功率开关器件进行开通/关断。功率开关器件可以是igbt、gto等半导体功率器件，信号采集电路和dsp芯片电路是pcb电路板，驱动电路为igbt、gto等半导体功率器件专用驱动电路。
[0051]
本发明通过增加四象限电流限制环，对四象限整流器输出的电压调节信号c
out
进行限制，从而保证了四象限整流器控制生成的脉冲开关信号不会控制产生四象限输入过流故障。
[0052]
图5、6、7是本发明技术方案实施后的效果对比，其中图5是电网电压突变时刻波形；图6是没有实施本发明方法的四象限输入电流波形；图7是实施本发明方法的四象限输入电流波形。从图中可以看出在没有实施本发明方法的四象限输入电流在电网电压突变时峰值超过1500a；图7是实施本发明方法将四象限电流保护限制值设定为1000a，在本发明实施后发生电网电压突变时四象限输入电流可以限制在1000a以内。
[0053]
本发明有益效果如下：
[0054]
1.本发明动车组四象限整流器输入过流抑制方法中不影响四象限整流器正常控制性能，不需要调节控制参数，保证中间电压的响应速度，从而保持中间电压的稳定。
[0055]
2.本发明动车组四象限整流器输入过流抑制方法中不影响四象限整流器正常工作，可以限制四象限输入电流，避免发生四象限输入过流故障，保证动车组正常运行，提高了动车组牵引四象限整流器可靠性。
[0056]
3.本发明动车组四象限整流器输入过流抑制方法不需额外增加硬件成本，实施方法便捷，易于推广。
[0057]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。