基于五电平逆变器的电力机车电机控制系统研究
发布时间：2021-01-20 04:29
目前现有的动力机车传动系统中主要以三电平逆变器输出作为牵引电机的输入电源,随着对机车组负载量的更高要求,未来的机车组需要能够在更高电压、更大功率的运行状态下工作,因此以五电平逆变器作为机车组的传动系统的输入电源是未来发展的主要趋势。五电平逆变电源系统涉及五电平逆变器的拓扑结构和控制算法,要求五电平逆变器正常工作的同时,要保证逆变器中的中点电位和悬浮电容电压、共模电压能够被合理抑制。针对控制要求,具体分析其在不同开关组合下形成的空间电压矢量与输出电平的关系,利用虚坐标算法简化参考电压矢量的三角函数计算过程,实现SVPWM的控制策略。针对五点平逆变器中悬浮电容电压与中点电位如何平衡的控制策略问题等进行分析设计,通过MATLAB仿真实验验证了有源中点钳位（ANPC-5L）型五电平逆变器的空间矢量控制模型的可行性和准确性。针对动车组牵引逆变器和电动机的控制,以五电平逆变器三相输出作为异步电机的三相输入电源,对三相异步电机基于转子磁场定向的矢量控制模型和工作原理进行分析,针对传统的矢量控制中需要对转速和磁链进行估算、系统对外界参数改变影响大、转速跟踪精度差的问题,引用一种滑模趋近律控制策略并结合...
【文章来源】：东北石油大学黑龙江省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二极管钳位型逆变器输出电压波形
东北石油大学工程硕士专业学位论文第二章 动车机组牵引传动系统拓扑结构及数学模型在铁路动车牵引传动系统中，其直-交逆变部分采用多电平逆变拓扑结构端联结单相脉冲整流器整流后的直流电压，通过逆变控制后给三相异步电机和频率都可以改变的三相交流电，控制牵引电机的转速和转矩[24]。从目前逆路拓扑结构发展方向看，未来五电平逆变器将作为主流逆变器替代现有的三电路。五电平逆变器主要由三种基本的逆变器拓扑结构衍变而来：二极管钳器、飞跨电容型逆变器、具有独立直流电源的级联型逆变器。针对这几种逆结构的缺点，引入本文所研究的有源中点钳位型五电平逆变器。2.1 五电平逆变器拓扑结构二极管钳位型五电平逆变器中直流分压的电容个数有 4 个，每相串联 8 关元件，每一相有 12 个二极管。如图 2.1 所示为二极管钳位型五电平主电路
图 2.2 飞跨电容型五电平逆变器主电路拓扑结构该电路由 4 个直流分压电容、每相 8 个主功率开关和 6 个钳位电容构成单飞跨电容型五电平逆变器主电路。该电路的最明显的特征是开关组合多，电式灵活多变，电平数量容易扩展。其中，为了能够实现电平之间的转换，利衡电容反向串联直流侧电容，通过切换开关组合选择合适的控制策略来实现的平衡，但由于电容数多，实现控制过程复杂。对于五电平的逆变器，其拓相所需 6 个悬浮电容，因此，主电路中虽然没有钳位二极管，但需要较多的，而电容在实际工作过程中存在充放电现象，在控制过程中如果不能严格控容电压的平衡，不仅会导致逆变器可靠性差，甚至造成逆变器本身无法正常级联式多电平逆变器是利用独立直流源构成 H 桥，这种结构与前面的电路的不同是不再需要考虑大量的直流电容分压和均压的问题，体现在控制上要了很多，实现起来也比较方便。级联型五电平逆变器电路如图 2.3 所示，此结构为了实现高电压输出，直接通过级联低压的 PWM 变换单元，高电压经压，实际分到每一个单元上的电压可以呈倍数下降，功率元件也工作在低压联型逆变器的串联级数和输出波形包含电平数之间满足“电平数=2×串联级
【参考文献】：
期刊论文
[1]三电平变换器SVPWM算法综述[J]. 于月森,姜小艳,符晓,夏帅,伍小杰. 变频器世界. 2009(09)
[2]考虑中点电压不平衡的中点箝位型三电平逆变器空间矢量调制方法[J]. 姜卫东,王群京,陈权,史晓锋,王红涛. 中国电机工程学报. 2008(30)
[3]电流型多电平变流器拓扑分析[J]. 夏加宽,黄剑龙,包岩峰. 电力自动化设备. 2008(08)
[4]控制理论——模型论还是控制论[J]. 韩京清. 系统科学与数学. 1989(04)
硕士论文
[1]基于五电平逆变器的异步电机矢量控制系统研究[D]. 王梦谦.东北石油大学 2018
[2]共直流母线双三电平逆变器开绕组异步电机调速系统研究[D]. 许家斌.中国矿业大学 2017
[3]应用于电力电子变压器的模块化多电平控制策略研究[D]. 纪华丽.山东大学 2017
本文编号：2988374
【文章来源】：东北石油大学黑龙江省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二极管钳位型逆变器输出电压波形
东北石油大学工程硕士专业学位论文第二章 动车机组牵引传动系统拓扑结构及数学模型在铁路动车牵引传动系统中，其直-交逆变部分采用多电平逆变拓扑结构端联结单相脉冲整流器整流后的直流电压，通过逆变控制后给三相异步电机和频率都可以改变的三相交流电，控制牵引电机的转速和转矩[24]。从目前逆路拓扑结构发展方向看，未来五电平逆变器将作为主流逆变器替代现有的三电路。五电平逆变器主要由三种基本的逆变器拓扑结构衍变而来：二极管钳器、飞跨电容型逆变器、具有独立直流电源的级联型逆变器。针对这几种逆结构的缺点，引入本文所研究的有源中点钳位型五电平逆变器。2.1 五电平逆变器拓扑结构二极管钳位型五电平逆变器中直流分压的电容个数有 4 个，每相串联 8 关元件，每一相有 12 个二极管。如图 2.1 所示为二极管钳位型五电平主电路
图 2.2 飞跨电容型五电平逆变器主电路拓扑结构该电路由 4 个直流分压电容、每相 8 个主功率开关和 6 个钳位电容构成单飞跨电容型五电平逆变器主电路。该电路的最明显的特征是开关组合多，电式灵活多变，电平数量容易扩展。其中，为了能够实现电平之间的转换，利衡电容反向串联直流侧电容，通过切换开关组合选择合适的控制策略来实现的平衡，但由于电容数多，实现控制过程复杂。对于五电平的逆变器，其拓相所需 6 个悬浮电容，因此，主电路中虽然没有钳位二极管，但需要较多的，而电容在实际工作过程中存在充放电现象，在控制过程中如果不能严格控容电压的平衡，不仅会导致逆变器可靠性差，甚至造成逆变器本身无法正常级联式多电平逆变器是利用独立直流源构成 H 桥，这种结构与前面的电路的不同是不再需要考虑大量的直流电容分压和均压的问题，体现在控制上要了很多，实现起来也比较方便。级联型五电平逆变器电路如图 2.3 所示，此结构为了实现高电压输出，直接通过级联低压的 PWM 变换单元，高电压经压，实际分到每一个单元上的电压可以呈倍数下降，功率元件也工作在低压联型逆变器的串联级数和输出波形包含电平数之间满足“电平数=2×串联级
【参考文献】：
期刊论文
[1]三电平变换器SVPWM算法综述[J]. 于月森,姜小艳,符晓,夏帅,伍小杰. 变频器世界. 2009(09)
[2]考虑中点电压不平衡的中点箝位型三电平逆变器空间矢量调制方法[J]. 姜卫东,王群京,陈权,史晓锋,王红涛. 中国电机工程学报. 2008(30)
[3]电流型多电平变流器拓扑分析[J]. 夏加宽,黄剑龙,包岩峰. 电力自动化设备. 2008(08)
[4]控制理论——模型论还是控制论[J]. 韩京清. 系统科学与数学. 1989(04)
硕士论文
[1]基于五电平逆变器的异步电机矢量控制系统研究[D]. 王梦谦.东北石油大学 2018
[2]共直流母线双三电平逆变器开绕组异步电机调速系统研究[D]. 许家斌.中国矿业大学 2017
[3]应用于电力电子变压器的模块化多电平控制策略研究[D]. 纪华丽.山东大学 2017
本文编号：2988374
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