基于单周期控制的牵引电机拍频抑制算法数字化实现

交直交传动系统广泛应用于铁路系统中。由于单相整流器自身特点,其输出直流电压存在两倍电网频率的脉动。为满足列车轻量化要求,在取消LC谐振电路的情况下,研究拍频抑制控制策略是解决方案之一。该文首先分析拍频现象的产生机理;然后,分别分析传统调制度补偿和频率补偿的拍频抑制算法原理,在此基础上,基于传统模拟单周期控制(one-cycle control,OCC)思想,给出一种基于电压线性插值补偿的数字化单周期控制算法,将其应用于方波区,可有效实现对拍频现象的抑制,并结合多模式调制算法的特点,解决了分段同步调制与单周期方波控制之间的切换冲击问题。基于DSP TMS320F28335+FPGA SPARTAN6为控制器的RT-LAB半实物实验平台,分别对传统调制度补偿、频率补偿和单周期控制的3种拍频补偿算法进行半实物实验对比验证,实验结果表明:该数字单周期控制拍频补偿算法可有效抑制拍频现象,且可以实现分段同步调制与单周期方波区控制的平稳切换。     

牵引变流器-电机拍频现象及其抑制方法

交直交传动系统广泛应用于高速铁路牵引领域.由于单相脉冲整流器的工作特性,其输出直流电压含有频率为2倍电网频率的脉动分量.该分量在牵引电机侧会引起拍频现象,尤其当牵引逆变器工作频率接近2倍电网频率时最为严重.首先详细分析了直流电压脉动分量的来源和拍频现象产生的本质.然后,在取消LC谐振电路并考虑直流侧脉动电压幅值和相角变化的情况下,研究了一种基于频率补偿的无拍频控制算法,并应用于间接转子磁场定向矢量控制系统.通过在转速环注入脉动分量,补偿牵引逆变器工作频率,抑制牵引电机拍频电流.最后,仿真结果和硬件在回路实验结果验证了该算法的有效性.     

基于形态学滤波器的谐波电流抑制方法

针对由电动汽车驱动系统中异步电机谐波电流引起的转矩脉动问题,本文提出一种基于形态学滤波器谐波电流抑制方法。首先对电机产生谐波电流进行分析,然后对电流控制器以及形态学滤波器进行设计,并分析滤波器不同参数设计对信号处理的影响,以及对该滤波器结构元素进行优化。基于此,提出形态学滤波器谐波电流抑制方法。最后,通过在异步电机驱动系统中,与无滤波器和巴特沃斯滤波器抑制方法进行不同转速的比较验证结果表明本文所提谐波电流抑制方法可以有效提高谐波电流抑制性能。     

基于复矢量的异步电机电流环数字控制

定子电流环控制在异步电机矢量控制系统占有非常重要的地位,直接关系牵引系统的转矩控制快速性和系统稳定性。然而,在大功率牵引传动系统中,为了降低开关器件的损耗,往往牵引逆变器的开关频率只有几百赫兹,这使得电流环带宽受限;另一方面控制环路中存在较大的延时,加剧了交流感应电机dq轴电流的交叉耦合程度,进一步降低了电流环的性能,严重时甚至导致系统不稳定。为了克服这些问题,进一步提高牵引感应电机的动态性能,首先在复矢量概念基础上,建立精确的含有延时在内的逆变器供电的异步电机的离散数学模型,接着分析了延时对异步电机数字矢量控制的影响,得到了克服延时的控制思路。在此基础上,在离散域中利用零极点对消原理,得到基于复矢量的电流数字控制算法。实验结果表明,在电机低开关频率数字矢量控制系统中的电流环中引入基于复矢量的纯数字控制算法,有效提高了电机的动态性能。     

10 kV配电网串联补偿装置投入引起的电机自激现象研究

10 kV配电系统中在串联补偿装置接入暂态过程中引起交流电动机自激较为普遍。对于带有串联补偿装置的线路,电动机定子电流和转子电流中均会出现基频50 Hz电流和低频电流,低频自激电流会产生负的电磁转矩抵消部分基频电流产生的转矩,使电动机的平均电磁转矩减小而低于额定转速,电动机无法正常应用,在系统中引起较大的电流振荡。文中使用PSCAD-EMTDC软件建立了两种典型的辐射式结构10 kV配网带异步电机及串补仿真模型,主要针对电机容量、负荷种类以及串补电容值等因素对串联补偿装置投入引起的电机自激现象进行了计算研究,计算出了自激现象产生后的电压、电流、频率,研究了通过削弱电容串补度来测试电机自激的抑制效果。结果表明,电动机发生自激现象将会产生较大的过电压及过电流,通过降低串联补偿装置补偿度,可以抑制次同步谐振的发生,但不可避免会削弱串联补偿装置对系统电压的补偿作用。     

异步电机磁路饱和仿真研究

在航空变频电源供电下,航空异步电动机在额定状态时或低频供电时存在磁路饱和的现象,一定程度的饱和有利于提高电磁转矩,但是过度饱和将导致电机定子电流出现畸变及谐波,异步电机生成的谐波电流将对飞机供电系统的电能质量产生不利影响。采用一台在115 V/600 Hz电源供电下的鼠笼式异步电机模型进行有限元仿真,分别计算齿部、轭部以及气隙磁密增大情况所产生的电流饱和谐波,分析饱和时的气隙磁密、齿部及轭部磁密,采用傅里叶变换计算饱和电流谐波,从而建立电流谐波分量与不同饱和情况的关系,通过比较三种饱和情况生成的电流谐波分量,提出抑制高次电流谐波的设计思路。     

直驱式永磁同步电机伺服系统死区补偿方法

介绍了逆变器死区效应产生的原因,以及对电流谐波、转速波动、转矩脉动的影响.基于平均误差理论提出了一种适用于直驱式永磁同步电机(PMSM)伺服系统的死区效应的补偿方法.为了提高补偿精度,引入角度检测以及滑动平均值滤波算法的动态补偿修正算法.建立了直驱式伺服系统仿真模型和试验平台.仿真和试验结果证明,该死区补偿方法在直驱式永磁同步伺服系统中可有效降低定子电流谐波,抑制转矩脉动与转速波动,显著提高系统的性能.     

一种基于指令修正的有源电力滤波器控制方法

对于有源电力滤波器,稳态谐波补偿精度是衡量其性能的重要指标。提出一种基于指令修正的有源电力滤波器控制方法。在电流环仅采取50 Hz比例谐振调节器的基础上,根据有源电力滤波器电流指令和实际电流的偏差,对电流指令进行慢速校正。利用线性控制系统的特点修正实际输出电流,从而提高各次谐波稳态补偿精度。最后,通过功率实验对该控制方法进行有效性验证。     

最少拍电流控制在海口动车牵引系统中的应用

在动车牵引系统中,逆变器输入电压较高（1800 V）,为了降低功率模块开关损耗和减少散热,牵引逆变器的开关频率通常较低,只有几百赫兹,而动车牵引异步电机的调速范围较宽,输出频率可达200 Hz,转速较高时的载波比较低。在这种情况下,由于每个电周期内的电流调节次数减少,常规电流PI控制器性能变差,无法达到系统要求。为此,将异步电机电压、电流等方程进行复矢量处理,建立了包含延时影响的离散数学模型,在此基础上,设计无差拍电流控制器。通过Simulink仿真及在海口动车线装车进行试验,试验结果表明基于复矢量的最少拍电流控制器在动车牵引异步电机运行过程中具有较好的动态及稳态性能,转矩/励磁反馈电流均能较好地跟随转矩/励磁给定电流。并且在牵引/制动过程中,电压和电流变化平稳,无明显振荡。     

基于新型复合重复控制的SVG谐波电流补偿

静止无功发生器(SVG)自动补偿模式中,对于负载谐波电流的传统重复控制方案是:基波正负序d,q轴电流、谐波d,q轴电流合并在同一环路中施加复合重复控制,但输入信号带宽过大、控制参数耦合度太强,且对小于50 Hz的低频谐波无法有效补偿。针对上述问题,提出一种新型重复控制方案。基波与谐波环路分离独立控制,解除基波与谐波控制器的强耦合关系,增强控制参数的鲁棒性。引入变结构控制器与重复控制器相复合,利用变结构控制的多带宽增益补偿低频谐波,并提高系统暂态响应速度。实验系统测试表明,新方案较传统方案对低频谐波具有更好的补偿性,控制系统鲁棒性更强。     

基于牵引PMSM的地铁直流侧振荡抑制策略探讨

在地铁永磁牵引系统中,逆变器直流侧的负阻抗特性降低了系统阻尼,导致牵引逆变器直流侧易发生电压振荡,从而影响牵引系统的稳定性。为此,建立地铁牵引逆变器直流侧数学模型及小信号模型,得到了直流侧系统的稳定条件,进而提出基于q轴电流补偿的直流侧电压振荡抑制策略,并应用于系列化标准地铁牵引永磁同步电机(PMSM)的控制系统中。通过MATLAB/Simulink仿真及在中车大连电力牵引研发中心有限公司试验中心进行试验,表明基于q轴电流补偿的直流侧电压振荡抑制策略应用在牵引永磁同步电机控制系统中具有较好的性能,牵引变流器直流侧电压振荡得到有效抑制,直流侧电压、d轴电流和q轴电流变化平稳。     

定速旋转式压缩机拍频声分析与改善

某定速旋转式压缩机搭载的分体式空调,系统外机运行时存在明显嗡嗡声,严重影响空调外机声品质.通过对空调外机噪声信号实时采集,并采用带阻滤波器分析,确认影响听感的嗡嗡声是174 Hz和178 Hz两个相近频率产生的拍频噪声.分析得出拍频噪声的激励源为压缩机的三倍转频与异步电机的两倍转差频率调制产生的拍频振动,经过系统排气管道的共振放大后导致了钣金振动从而引起拍频噪声.最后对系统排气管道进行约束模态仿真分析及优化,消除了嗡嗡声,提升了该空调系统外机的声品质.     

基于FIR滤波器及分数阶重复控制的变频空调压缩机电流谐波抑制方法

变频空调压缩机在低频运行时存在着较大的电流谐波。当采用普通重复控制器时,由于采样频率与电流谐波基频的比值不一定为整数,使得重复控制器内模与电流谐波基频存在偏差,导致普通重复控制器电流谐波抑制能力下降。针对该问题,采用基于固定采样频率的分数阶重复控制策略。首先,采用Lagrange插值定理去逼近分数延时环节;其次,采用FIR滤波器替代低通滤波器减小相位引起的误差;最后,针对分数阶重复控制器的相位滞后特性,分别进行低、中、高频段相位补偿。试验结果表明,提出的控制策略能够有效地抑制变频空调压缩机低频运行时的电流谐波。     

三电平牵引变流器无拍频控制的硬件在回路实时仿真

针对高速列车三电平牵引变流器-牵引电机系统,探讨了无拍频控制牵引系统的硬件在回路实现方案,并进行了测试分析。本文首先对高速列车用三电平逆变器-电机系统的数学模型进行详细分析,考虑死区效应和PWM采样误差的影响建立了基于dSPACE的实时运行模型。然后,为了抑制三电平逆变器处于单脉冲控制阶段时由于拍频影响产生的电机转矩和电流脉动现象,给出了一种基于转子磁场定向瞬时改变逆变器频率的无拍频控制策略。该策略的控制原理是基于伏秒平衡原则,通过瞬时改变逆变器的输出频率来减小逆变器输出电压每周期正负半周的不平衡量。最后,对有无采用该控制策略两种情况下的控制效果进行了实时仿真测试对比,测试结果验证了该实现方案的有效性和可行性。     

基于优化PWM的定子磁链轨迹跟踪控制研究

在异步电机的高性能控制方案中,为了降低开关损耗,采用优化脉宽调制(PWM)实现低开关频率下较小的电流谐波畸变。但在调制模式频繁切换时,优化PWM会产生电流和转矩冲击。因此,研究了将优化脉冲在线移位的闭环定子磁链轨迹跟踪控制方法,提出了由基于自控电机的降阶观测器与电机电流模型观测器组成的双观测器模型,实现了基波分量观测。结合电流谐波最小脉宽调制（CHMPWM）开关角,利用其重构参考磁链与实际磁链的差值,实现定子磁链轨迹跟踪。提出了无差拍下修正开关角小于2时的脉冲模式调整方案,消除了系统的动态调制误差,实现了低开关频率下异步电机的高性能控制。在开关频率为300 Hz以下的NPC型三电平逆变器上的仿真和试验证明了定子磁链轨迹跟踪控制策略的有效性。     

考虑电气化铁路谐波特性的无源滤波器设计

为避免牵引供电系统的谐波传递到上级系统变电站,对公用电网电能质量造成不利影响,提出一种安装在牵引站的无源滤波器设计方案,治理牵引供电系统的谐波向系统变电站的传递问题。基于系统变电站实测数据,设计单调谐滤波器用以滤除低次谐波兼具无功补偿功能,设计过程中考虑了滤波器参数偏差以及系统阻抗变化等因素的影响;设计阻波高通滤波器用以抑制高次特征谐波和谐波谐振,设计过程中考虑了系统频率偏差以及电容器偏差、故障下对阻波高通滤波器阻抗特性的影响。基于PSCAD车网源联合仿真模型,模拟牵引供电系统的特征谐波和谐波谐振以及牵引站的谐波治理过程,仿真结果表明,所设计的无源滤波器能有效抑制特征谐波和谐波谐振。     

基于小波变换的有源电力滤波器研究

有源电力滤波器(APF)是电能质量治理中用于抑制电网谐波电流的主要装置.APF系统中,谐波电流检测的快速性、准确性决定了系统补偿谐波电流的性能.针对此问题,在分析传统检测算法的基础上,采用基于小波变换的谐波电流检测方法,并且对所采用的检测算法在EMTDC/PSCAD中进行了仿真研究,同时搭建了150 A样机进行验证.实验结果表明,基于小波变换的谐波检测算法响应速度快,检测准确,APF样机谐波补偿满足要求.     

高于额定频率的单缸压缩机谐波振动自动补偿控制技术研究

研究并分析了单缸压缩机高于额定频率时的振动噪声产生的基本机理。以机理分析、理论推导作为设计基础,将伺服电控领域的电流谐波抑制技术引入单缸压缩机运行在高于额定频率时的振动谐波的自动补偿方案。结合压缩机实际负载特性和驱动系统特性,深入分析振动谐波抑制方法系统函数和控制框图,并进一步给出了优化控制参数的具体设计方法。最后,使用Simulink软件,设计了单缸压缩机高于额定频率的电流谐波自动补偿方案的模型,仿真试验中,3次谐波的频谱分析结构从36.8 dB降低到了11.5 dB,仿真结果及实验测试数据的对比验证了单缸压缩机在高于额定频率时的电流谐波自动补偿方案的有效性;并进行了实验验证,明确了算法有效性。     

一种永磁同步电机谐波电流抑制算法

针对永磁同步电机(PMSM)控制时由于电机齿槽效应和变频器的非线性特性会在电机电流中引入大量的低次谐波,从而产生大量谐波损耗以及转矩波动等问题,此处提出一种基于补偿电压注入的PMSM谐波电流抑制算法。通过电流闭环算法提取谐波电流并计算出相应的补偿电压后注入到原矢量控制算法中,通过实验验证所提算法对5,7次低次电流谐波具有有效的抑制作用,算法易于实现且鲁棒性好。     

带谐波抑制的新型异步电机无功补偿控制策略

针对由电容器和静态无功发生器组合而成的异步电机无功补偿装置仍然存在的谐波放大的问题,研究了相应的控制策略。首先,研究了基于多个二阶广义积分器的负载谐波电流准确提取算法;其次,在传统的d轴电网电压定向矢量控制的基础上,加入谐振控制器来控制脉宽调制并网变换器向电网输出的谐波电流,从而实现对电网谐波电流的抑制。构建系统的仿真模型,进行了仿真研究,仿真结果验证了谐波提取方法和控制策略的有效性。