一种让整流模块具有稳定输出电压的算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无变压器交流转直流传动车辆，尤其是让整流模块在无变压器前提下 具有稳定电压输出的算法。
【背景技术】
[0002] 目前，在传统的大功率电力机车或者动车组上牵引电传动系统的结构是：接触 网一牵引变压器一整流器一中间直流电路一逆变器一牵引电机。其中，牵引变压器笨重、造 价昂贵，并占用大量的空间，既增加了机车的重量和制造成本，也在列车牵引或者再生制动 时，产生铜耗和铁耗，使电能利用率降低。此外，变压器还会带来温升、漏抗等一系列问题。
[0003] 即使有人在研究采用其他的部分来替代变压器，但难以控制直流输出的稳定性。
【发明内容】
[0004] 为了让整流模块具有稳定的电压输出，本发明提供了一种让整流模块具有稳定输 出电压的算法。
[0005] 为达到上述目的，一种让整流模块具有稳定输出电压的算法，包括：
[0006] (1)根据直流电压给定值W和整流模块输出端的直流电压Ud。计算IN1，具体为：
[0007]
[0008] 其中，Kp为控制器中PI调节器的比例系数，Ti为控制器中PI调节器的积分时间 常数；
[0009] (2)根据整流模块输出端的直流电流Id。、整流模块输出端的直流电压Ud。和U3十 算出IN2，具体为：
[0010] IN2=IdcUdc/UN
[0011] 其中，仏为交流侧电压有效值；
[0012] (3)根据4和IN2计算出IN"S具体为：
[0013] In*=Ini+In2
[0014] ⑷计算出Us;
[0015]
[0016] 其中，R为电阻值，LN为电感值，《为电网侧电压的角频率，G2为比例放大系数，iN 为交流侧电流有效值；
[0017] 通过Us信号控制整流模块输出。
[0018] 进一步的，直流电压Ud。与直流电压给定值进行比较；当直流电压Ud。小于直 流电压给定值，参考电流IN1增大，通过计算得到的Us信号控制整流模块的输入电流 增大，从而使整流模块的输出电流增大；当直流电压Ud。大于直流电压给定值C/2,参考电流IN1减小，通过计算得到的Us信号控制整流模块的输入电流减小，从而使整流模块的输出电 流减小；反复上述控制过程，让整流模块输出端的直流电压ud。相对于直流电压给定值 在给定范围内变化。
[0019] 本发明的有益效果是：根据直流电压给定值和整流模块输出端的直流电压Ub。 计算参考电流值IN1，根据参考电流值IN1的变化来控制整流模块的输出电压，该控制信号由 经过计算且与参考电流值IN1有关的Us，使得控制信号精确，从而达到精确控制整流模块具 有稳定电压输出的目的。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的拓扑结构图。
[0021] 图2为脉冲整流器输出的波形图。
【具体实施方式】
[0022] 如图1所示，交流传动车辆无变压器拓扑结构包括相互级联的二个以上的转换单 元100,所述的级联是指利用转换单元进行分压，每一转换单元都具有输出端。所述的转换 单元100包括控制器1、整流模块2、电阻3和电感4。
[0023] 控制器1具有直流电压给定值输入端、交流电压信号输入端、交流电流信号输入 端、直流电压信号输入端、直流电流信号输入端和输出端pulse。直流电压给定值输入端 接收直流电压给定值巧，交流电压信号输入端接收来自交流电压传感器的交流电压信号Ua。，交流电流信号输入端接收来自交流电流传感器的交流电流信号Ia。，直流电压信号输入 端接收来自直流电压传感器的直流电压信号Ud。，直流电流信号输入端接收来自直流电流传 感器的直流电流信号Id。，输出端pulse与脉冲整流器的g极连接。
[0024] 整流模块2为脉冲整流器，所述的脉冲整流器为三电平脉冲整流器，其中三电平 脉冲整流器的A极与电感4的输出端连接，三电平脉冲整流器的B极与相邻转换单元中的 三电平脉冲整流器的A极连接，三电平脉冲整流器的g极与控制器1的输出端pulse连接。
[0025] 在三电平脉冲整流器输出正极和N极之间设置了第一电容5,在三电平脉冲整流 器的负极与N极之间设置了第二电容6,起到了平衡电压的作用，保证N极为0电位。
[0026] 电阻3和电感4依次串联，电阻3的输出端连接在电感4的输入端。电阻3的输 入端与电网200侧连接。
[0027] 在电网侧200与第一个转换单元中的三电平脉冲整流器B极之间并联有交流电压 传感器7 ;第二个转换单元中的三电平脉冲整流器B极与第一个转换单元中的三电平脉冲 整流器B极之间并联有交流电压传感器，第三个转换单元中的三电平脉冲整流器B极与第 二个转换单元中的三电平脉冲整流器B极之间并联有交流电压传感器，依次类推直到倒数 第二个转换单元，最后一个转换单元中的三电平脉冲整流器B极之间并联有交流电压传感 器7,控制器的交流电压信号输入端接收交流电压传感器7的交流电压信号。在电网200侧 与电阻3之间串联有交流电流传感器8,控制器的交流电流信号输入端接收交流电流传感 器8上的交流电流信号。在脉冲整流器的输出端并联有直流电压传感器9,控制器的直流 电压信号输入端接收直流电压传感器9的直流电压信号；在脉冲整流器的输出端串联有直 流电流传感器10,控制器的直流电流信号输入端接收直流电流传感器10的直流电流信号。 通过交流电压传感器7、交流电流传感器8、直流电压传感器9和直流电流传感器10可精确 的得到交流电压、交流电流、直流电压和直流电流。
[0028] 为了更加直观的得到的电流变化的情况，在交流电流传感器的输出端连接有第一 显示屏11，在直流电流传感器的输出端上连接有第二显示屏12。
[0029] 交流传动车辆无变压器控制直流输出的方法包括：电网200向相互级联的二个以 上的转换单元100供电，各转换单元100对电网的电压进行分压，转换单元100将交流转换 为直流输出；具体的过程是：在每一转换单元100中，电网200通过相互串联的电阻R和电 容LN供电给脉冲整流器，在脉冲整流器中交流电被转换给直流电输出；脉冲整流器在交流 转换为直流过程中，根据控制器1接收到的信号通过计算得到Us信号控制脉冲整流器的 直流输出，具体的过程是：转换单元中的控制器1检测电网200侧的交流电压Ua。、交流电流 Ia。和脉冲整流器输出端的直流电压Ud。、直流电流Ib。，同时向控制器1输入一直流电压给定 值以；将直流电压Ud。与直流电压给定值W进行比较，将比较的差值输入到控制器中的PI调节器中，PI调节器输出参考电流IN1，同时计算出Us信号，具体的步骤如下：
[0030] (1)根据直流电压给定值和整流模块输出端的直流电压Ud。计算IN1，具体为：
[0031]
[0032] 其中，Kp为控制器中PI调节器的比例系数，Ti为控制器中PI调节器的积分时间 常数；
[0033] (2)根据整流模块输出端的直流电流Id。、整流模块输出端的直流电压Ud。和U3十 算出IN2，具体为：
[0034] In2=IdcUdc/UN
[0035] 其中，仏为交流侧电压有效值；
[0036] (3)根据4和IN2计算出IN"S具体为：
[0037] I,=IN1+IN2
[0038] ⑷计算出Us;
[0039]
[0040] 其中，R为电阻值，LN为电感值，《为电|WJ侧电压的角频率，G2为比例放大系数，iN 为交流侧电流有效值。
[0041] 在控制器中，将Us信号对应的波形转换成脉冲信号供脉冲整流器识别。
[0042] 通过脉冲信号控制脉冲整流器的方法是：当直流电压Ud。小于直流电压给定值 ，参考电流IN1增大，U5发生变化，脉冲信号也跟随变化，通过变化的脉冲信号控制脉冲 整流器的输入电流增大，从而使脉冲整流器的输出电流增大；当直流电压Ud。大于直流电压 给定值)_:，参考电流iN1减小，us&生变化，脉冲信号也跟随变化，通过变化的脉冲信号控 制脉冲整流器的输入电流减小，从而使脉冲整流器的输出电流减小；反复上述控制过程，让 直流电压ud。相对于直流电压给定值巧在给定范围内变化，即直流电压ud。在直流电压给 定值【/I上下波动，实现精确的控制，让脉冲整流器具有稳定、精确的输出，如图2所示。这 里所记载的给定范围是指在±U值中边缘，U值根据需要设定。
[0043] 在本发明中，为了测试该结构的运行情况，可在脉冲整流器的输出端上连接等效 负载13。
[0044] 在实际使用过程中，取消掉等效负载13,在脉冲整流器的输出端连接逆变器，在逆 变器上连接电机。
[0045] 本发明，根据直流电压给定值和整流模块输出端的直流电压Ud。计算参考电流 值IN1，根据参考电流值IN1来控制整流模块的输出电压，该控制信号由经过计算且与参考电 流值IN1有关的Us，使得控制信号精确，从而达到精确控制整流模块具有稳定电压输出的目 的。
【主权项】
1. 一种让整流模块具有稳定输出电压的算法，其特征在于： (1)根据直流电压给定值和整流模块输出端的直流电压Ud。计算Ini，具体为：其中，Kp为控制器中PI调节器的比例系数，T i为控制器中PI调节器的积分时间常数； ⑵根据整流模块输出端的直流电流Id。、整流模块输出端的直流电压Ud。和U N计算出 In2，具体为： !N2 - I dcUdc/UN 其中，仏为交流侧电压有效值； ⑶根据1?和IN2计算出I Λ具体为： In''' _ I ni+In2 (4)计算出Us;其中，R为电阻值，Ln为电感值，ω为电网侧电压的角频率，G2为比例放大系数，i N为交 流侧电流有效值； 通过Us信号控制整流模块输出。2. 根据权利要求1所述的让整流模块具有稳定输出电压的算法，其特征在于：参考电 流4与整流模块输出端的直流电流I d。进行比较；当I d。电流值小于参考电流值I ^时，通 过计算得到的Us信号控制整流模块的输入电流增大，从而使整流模块的输出电流增大；当 Id。电流值大于参考电流值I ^时，通过计算得到的Us信号控制整流模块的输入电流减小， 从而使整流模块的输出电流减小；反复上述控制过程，让整流模块输出端的直流电压U d。相 对于直流电压给定值^在给定范围内变化。
【专利摘要】本发明公开了一种让整流模块具有稳定输出电压的算法，通过以下数学式实现；(2)IN2＝IdcUdc/UN；(3)IN※＝IN1+IN2；利用Us信号控制整流模块，让整流模块具有稳定的直流电压输出。
【IPC分类】H02M7/02
【公开号】CN105186891
【申请号】CN201510566680
【发明人】邓泽靖
【申请人】广州电力机车有限公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月7日