牵引系统电压振荡抑制方法和装置与流程

1.本技术涉及牵引动力领域，尤其涉及一种牵引系统电压振荡抑制方法和装置。


背景技术：

2.牵引系统是地铁列车的核心装置，其稳定性直接决定地铁运营的效能。地铁牵引系统大多由直流接触网供电，直流侧出现电压持续振荡时会导致牵引电机转矩产生脉动，损害齿轮箱且影响乘坐舒适性。
3.现有技术中，为了抑制直流侧电压振荡，通常采用直轴电流补偿法或直轴电压补偿法。直轴电流补偿法或直轴电压补偿法是将直流侧电压的振荡信号经比例控制器进行缩放，以修正直轴电流指令或直轴电压指令，从而抑制牵引系统振荡的主动阻尼补偿。
4.但直轴电流补偿法或直轴电压补偿法抑制电压脉动的效果较差，且抑制用时较长。


技术实现要素：

5.本技术提供一种牵引系统电压振荡抑制方法和装置，用以解决现有技术抑制直流侧电压振荡效果较差且用时较长的问题。
6.第一方面，本技术提供一种牵引系统电压振荡抑制方法，包括：
7.接收牵引系统直流侧电压振荡信号；
8.根据电压振荡信号，确定第一交轴电流指令值；
9.根据预设振荡抑制策略，调整第一交轴电流指令值，得到第二交轴电流指令值；
10.根据第二交轴电流指令值，确定抑制后的直流侧电压值。
11.一种示例中，根据预设振荡抑制策略，调整第一交轴电流指令值，得到第二交轴电流指令值，包括：
12.根据预设振荡抑制策略，确定振荡抑制系数；
13.第一交轴电流指令值与振荡抑制系数相乘，得到第二交轴电流指令值。
14.一种示例中，根据电压振荡信号，确定第一交轴电流指令值之后，还包括：
15.根据电压振荡信号，确定直轴电流指令值；
16.根据第二交轴电流指令值，确定抑制后的直流侧电压值，包括：
17.根据第二交轴电流指令值、直轴电流指令值、直轴电流反馈值以及交轴电流反馈值，确定抑制后的直流侧电压值。
18.一种示例中，根据预设振荡抑制策略，确定振荡抑制系数，包括：
19.提取电压振荡信号的直流分量和交流分量，直流分量和交流分量为预设振荡抑制策略中的变量；
20.根据直流分量和交流分量，确定振荡抑制系数。
21.第二方面，本技术提供一种牵引系统电压振荡抑制装置，包括：振荡抑制模块和复矢量控制器，振荡抑制模块的输出端与复矢量控制器的第一输入端连接；
22.振荡抑制模块，用于接收直轴电流指令值和第一交轴电流指令值，将第一交轴电流指令值与抑制振荡系数相乘，得到第二交轴电流指令值，并输出直轴电流指令值和第二交轴电流指令值；
23.复矢量控制器，用于接收振荡抑制模块输出的直轴电流指令值和第二交轴电流指令值，并根据直轴电流指令值、第二交轴电流指令值、直轴电流反馈值以及交轴电流反馈值，输出抑制后的直流侧电压值，抑制后的直流侧电压值用于控制牵引系统的逆变器。
24.一种示例中，装置还包括：与逆变器输出端连接的坐标变换模块，坐标变换模块的第一输出端与复矢量控制器的第二输入端连接；
25.坐标变换模块包括克拉克clark变换模块和派克park变换模块，clark变换模块的输入端与逆变器的第一输出端连接，clark变换模块的输出端与park变换模块的输入端连接，park变换模块的输出端与复矢量控制器的第二输入端连接；
26.clark变换模块，用于将三相静止坐标系转换为两相静止坐标系；
27.park变换模块，用于将两相静止坐标系转换为两相旋转坐标系；
28.坐标变换模块，用于接收逆变器输出的a相和b相电流反馈值，输出直轴电流反馈值和交轴电流反馈值。
29.一种示例中，装置还包括：与坐标变换模块第二输出端连接的转矩计算模块，转矩计算模块的输出端与振荡抑制模块的第一输入端连接；
30.转矩计算模块，用于接收坐标变换模块输出的直轴电流反馈值和交轴电流反馈值，根据直轴电流反馈值和交轴电流反馈值计算转矩，输出转矩指令。
31.一种示例中，装置还包括：与牵引电机输出端连接的位置传感器，牵引电机的输入端与逆变器的第二输出端连接；
32.位置传感器，用于检测牵引电机的速度。
33.一种示例中，装置还包括：与位置传感器输出端连接的空转滑行控制器，空转滑行控制器的输出端与振荡抑制模块的第二输入端连接；
34.空转滑行控制器，用于接收位置传感器输出的牵引电机的速度，并根据牵引电机的速度计算转矩消减量，转矩消减量用于调整转矩指令。
35.一种示例中，装置还包括：与复矢量控制器输出端连接的脉宽调制模块pwm；
36.pwm，用于接收抑制后的直流侧电压值，根据抑制后的直流侧电压值计算得到三相门极信号，三相门极信号用于控制逆变器。
37.本技术提供的牵引系统电压振荡抑制方法和装置，通过获取直流侧电压振荡信号，确定第一交轴电流指令值，根据预设振荡抑制策略，调整第一交轴电流指令值，得到第二交轴电流指令值，从而根据第二交轴电流指令值，确定抑制后的直流侧电压值。这一电压震荡抑制方法改善了振荡抑制效果，缩短了振荡抑制时间。
附图说明
38.为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1为一种牵引系统的电路结构图；
40.图2为另一种牵引系统的电路结构图；
41.图3为一种牵引系统电压振荡抑制方法的控制框图；
42.图4为另一种牵引系统电压振荡抑制方法的控制框图；
43.图5为本技术一实施例提供的一种牵引系统电压振荡抑制方法的流程图；
44.图6为本技术一实施例提供的一种牵引系统直流侧电路结构图；
45.图7为本技术一实施例提供的一种牵引系统电压振荡抑制装置的结构示意图；
46.图8为本技术一实施例提供的未采用电压振荡抑制方法的仿真波形；
47.图9为本技术一实施例提供的采用电压振荡抑制方法的仿真波形；
48.图10为本技术一实施例提供的未采用电压振荡抑制方法的试验波形；
49.图11为本技术一实施例提供的采用电压振荡抑制方法的试验波形。
50.附图标记：
51.11、振荡抑制模块；12、复矢量控制器；13、坐标变换模块；14、转矩计算模块；15、位置传感器；16、空转滑行控制器；17、pwm模块；18、mtpa模块；19、弱磁控制模块。
具体实施方式
52.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
53.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。例如，在不脱离本文范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。
54.应当理解，术语“包含”、“包括”表明存在的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。
55.地铁牵引系统是地铁列车的核心装置，其稳定性直接决定地铁运营的效能。地铁牵引系统大多由直流接触网供电，其直流侧由滤波电抗器和支撑电容器组成，然而在某些情况下，地铁牵引系统直流侧会出现电压持续振荡，使得牵引电机转矩产生脉动，损害齿轮箱并影响乘坐舒适性。牵引系统直流侧振荡严重时甚至会触发过电压、过电流保护，导致牵引系统封锁脉冲，完全丧失牵引能力。因此，如何有效解决牵引系统直流侧振荡问题、确保直流电压稳定已成为地铁交通的研究热点。
56.由于电气化铁道的单相供电特性，无论是传统牵引变压器还是电力电子变压器，变流器的网侧输入瞬时功率始终存在一个二次的脉动功率，它会造成变流器前端的整流器输出的直流电压存在一个频率为2倍工频的电压脉动，这一脉动电压会对整个牵引传动系统造成极为不利的影响。因此必须对这一脉动电压进行消除或抑制。
57.对于直流电压脉动的抑制主要分为两大类：一种采用硬件方法，常用的为直流侧并联无源滤波器(由电感l和电容c组成，也称lc二次滤波器)的方法来抑制直流电压脉动，
牵引系统的电路结构图如图1所示。另一种是通过增加直流侧支撑电容量的方法来抑制直流电压脉动，牵引系统的电路结构图如图2所示，图中c1、c2为支撑电容。
58.虽然采用lc二次滤波器消除直流电压中的二次谐波效果比较好，但是lc二次滤波器的体积大、重量大且制作复杂，不符合传动系统优化的发展趋势。基于此，目前常用的电压振荡抑制方法是增加直流侧支撑电容，同时采用补偿方法来抑制直流电压脉动产生的不利影响，从而减小变流器的体积重量节省变流器制作成本，实现传动系统的优化。
59.目前采用的补偿方法有直轴电流补偿法和直轴电压补偿法。如图3所示，直轴电流补偿法是指提取直流侧电压v
dc
振荡信号，经过补偿控制器进行缩放，修正直轴电流指令i
d,ref
抑制系统振荡的主动阻尼补偿策略。图3中，复矢量控制器，也称比例积分(proportional-integral，pi)控制器根据指令值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。脉宽调制模块(pulse width modulation，pwm)用于控制三相逆变器电压。clark变换用于将三相静止坐标系转换为两相静止坐标系；park变换用于将两相静止坐标系转换为两相旋转坐标系；park逆变换用于将两相旋转坐标系转换为两相静止坐标系；三相逆变器是将直流电能转换为交流电能的转换器，电压振荡即三相逆变器电压脉动；pmsm为永磁同步电机。i
d,ref
、i
q,ref
为直、交轴电流指令值；id、iq为直、交轴电流反馈值；v
d,ref
、v
q,ref
为直、交轴电压指令值；v
α,ref
、v
β,ref
为α、β轴电压指令值；i
α
、i
β
为α、β轴电流反馈值；ia、ib为a、b相电流。h
dc
为补偿控制器，补偿函数为
[0060][0061]
其中，ξ为阻尼比，ωc为滤波器中心截止频率，s为拉普拉斯算子，k
dc
为控制系数，取负值。
[0062]
如图4所示，直轴电压补偿法是指提取直流侧电压v
dc
振荡信号，经过补偿控制器进行缩放，修正直轴电压指令v
d,ref
抑制系统振荡的主动阻尼补偿策略。图4中，h
dv
为补偿控制器，补偿函数为
[0063][0064]
其中，k
dv
为控制系数，取负值。
[0065]
采用上述直轴电流补偿法或直轴电压补偿法进行电压振荡抑制，其抑制效果均较差，且抑制时间较长。
[0066]
针对上述问题，本技术提出了一种牵引系统电压振荡抑制方法和装置。本技术通过获取直流侧电压振荡信号，确定第一交轴电流指令值，根据预设振荡抑制策略，调整第一交轴电流指令值，得到第二交轴电流指令值，从而根据第二交轴电流指令值，确定抑制后的直流侧电压值。也即，采用预设振荡抑制策略对交轴电流进行补偿处理，改善振荡抑制效果，缩短抑制时长。
[0067]
下面以具体地实施例对本技术的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
[0068]
本技术中，以电子设备为执行主体，执行如下实施例的牵引系统电压振荡抑制方法。具体地，该执行主体可以为电子设备的硬件装置，或者为电子设备中实现下述实施例的软件应用，或者为安装有实现下述实施例的软件应用的计算机可读存储介质，或者为实现
下述实施例的软件应用的代码。
[0069]
图5示出了本技术一实施例提供的一种牵引系统电压振荡抑制方法的流程图。如图5所示，以电子设备为执行主体，本实施例的方法可以包括如下步骤：
[0070]
s101、接收牵引系统直流侧电压振荡信号。
[0071]
本实施例中，牵引系统直流侧电压振荡信号为逆变器的电压振荡产生。逆变器电压振荡会导致牵引电机转矩产生脉动，相应地转矩指令也会波动，造成齿轮箱受损等不良影响。
[0072]
s102、根据电压振荡信号，确定第一交轴电流指令值。
[0073]
本实施例中，电压振荡信号直接影响转矩指令，根据转矩指令可得到交轴电流指令值，即第一交轴电流指令值。根据转矩指令还可以得到直轴电流指令值。
[0074]
s103、根据预设振荡抑制策略，调整第一交轴电流指令值，得到第二交轴电流指令值。
[0075]
下面介绍振荡抑制策略的由来。首先建立牵引系统直流侧数学模型。
[0076]
图6示出了本技术一实施例提供的一种牵引系统直流侧电路结构图。如图6所示，es为直流接触网电压，l为滤波电抗器电感，c为支撑电容，r为线路电阻、滤波电抗器电阻和直流接触网内阻总和。is、u
dc
和p
in
分别为网侧电流、支撑电容电压和逆变器输入功率。为便于分析，将逆变器与电机端等效为一个电流源，其电流值为
[0077]
根据基尔霍夫定律，列出以is和u
dc
为状态变量的方程组，即：
[0078][0079]
根据上述数学模型，确定牵引系统直流侧电压稳定条件。
[0080]
由式(3)可知，不是u
dc
的线性函数。因此，不能用线性系统的理论进行分析，需首先利用小偏差法把式(3)转化为线性方程，然后运用线性系统理论进行稳定性分析，得到牵引直流侧系统的稳定条件。
[0081]
假定直流侧电路平衡工作点位置的直流接触网电压、直流侧电压、电源电流和逆变器输入功率分别为e
s,0
、u
dc,0
、i
s,0
和p
in,0
。当系统处于平衡工作点时，其状态不随时间变化，故在平衡工作点时，由式(3)可得：
[0082][0083]
整理式(4)可得：
[0084]
[0085]
对于连续变化的非线性特性函数，在一个很小的范围内，可用小偏差法将非线性特性线性化，线性化公式为：
[0086][0087]
在平衡工作点位置，用式(6)对式(3)进行线性化处理，得到：
[0088][0089]
当es稳定时，δes＝0，式(7)可变为：
[0090][0091]
将式(8)转化为矩阵形式，可得：
[0092][0093]
其中，
[0094]
式(9)的特征方程为
[0095][0096]
根据赫尔维茨稳定判据，线性系统稳定的必要条件为特征方程中各项系数为正数，即：
[0097][0098]
即：
[0099]
[0100]
由式(12)可知，中间直流电压u
dc
越高、电容c越大、电感l越小、逆变器输入功率p
in
越小，系统稳定需要的线路阻抗r越小。
[0101]
根据这一规律，可以确定直流侧电压振荡抑制策略，具体如下：
[0102]
牵引逆变器与电机侧的电流源在平衡工作点(u
dc,0
，i
dc,0
)处运用小偏差公式(6)进行线性化，可得：
[0103]
δp
in
＝u
dc,0
×
δi
dc
+i
dc,0
×
δu
dc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0104]
将式(13)转化为导纳形式，即：
[0105][0106]
由式(14)可知，当逆变器直流侧电压出现波动δu
dc
时，决定逆变器导纳是否稳定的关键因素是逆变器侧输入功率变化量δp
in
，因此在直流侧电压发生波动时需调整逆变器输入功率，即δp
in
＝k
×
δu
dc
，其中k为正常数。
[0107]
综上，当直流侧电压增大/减小时，牵引逆变器输入功率也同步增大/减小，使得直流侧电流减小/增大的程度减轻。因此，振荡抑制策略如下：
[0108][0109]
其中，为交轴电流指令值；为加入电压振荡抑制后的交轴电流指令值；t
e,ref
为转矩指令值。u
dc,lpf
为直流侧电压的直流分量；δu
dc
为直流侧电压的交流分量。
[0110]
一种示例中，步骤s103包括：根据预设振荡抑制策略，确定振荡抑制系数；第一交轴电流指令值与振荡抑制系数相乘，得到第二交轴电流指令值。
[0111]
具体地，振荡抑制系数为
[0112][0113]
即为第一交轴电流指令值；为第二交轴电流指令值。
[0114]
n为控制系数，对于小惯量系统，如风机等，n可以在6-10之间取值；对于大惯量系统，如地铁牵引系统等，n可以在2-4之间取值。
[0115]
一种示例中，根据预设振荡抑制策略，确定振荡抑制系数，包括：提取电压振荡信号的直流分量和交流分量，直流分量和交流分量为预设振荡抑制策略中的变量；根据直流分量和交流分量，确定振荡抑制系数。
[0116]
直流分量可通过低通滤波器获取，表达式如下：
[0117]
[0118]
其中，τ
l1
为低通滤波器的滤波时间常数；s为拉普拉斯算子。
[0119]
交流分量通过低通滤波器与高通滤波器串联的带通滤波器获取，表达式如下：
[0120][0121]
其中，τ
l2
、τh为低通滤波器和高通滤波器的滤波时间常数。
[0122]
s104、根据第二交轴电流指令值，确定抑制后的直流侧电压值。
[0123]
本实施例中，第二交轴电流指令值经pi控制器可计算得到电压指令值，也即抑制后的直流侧电压值。
[0124]
一种示例中，根据转矩指令还可以得到直轴电流指令值。步骤s104包括：根据第二交轴电流指令值、直轴电流指令值、直轴电流反馈值以及交轴电流反馈值，确定抑制后的直流侧电压值。
[0125]
pi控制器根据接收到的第二交轴电流指令值、直轴电流指令值、直轴电流反馈值以及交轴电流反馈值，计算得到抑制后的直流侧电压值，可参照图7理解。
[0126]
其中，直轴电流反馈值以及交轴电流反馈值，在下文结合牵引系统电压振荡抑制装置(图7)说明。
[0127]
本技术提供的牵引系统电压振荡抑制方法，通过对第一交轴电流指令值进行补偿得到第二交轴电流，再根据第二交轴电流确定抑制后的直流侧电压，实现抑制直流侧电压振荡的效果，且抑制效果较好，抑制时间较短，也即直流侧电压振荡时间缩短，牵引系统异常时间缩短。
[0128]
图7示出了本技术一实施例提供的一种牵引系统电压振荡抑制装置10的结构示意图。如图7所示，本实施例的牵引系统电压振荡抑制装置10用于实现上述任一方法实施例中对应于电子设备的操作。
[0129]
图7中，为第一交轴电流指令值；为第二交轴电流指令值，即加入电压振荡抑制后的交轴电流指令值。为直轴电流指令值，id为直轴电流反馈值、iq为交轴电流反馈值，v
ref
为电压指令值，也即抑制后的直流侧电压指令值。tm为转矩消减量。ωr为转子角速度，θr为转子角度；θe为矢量控制角。i
mu
、i
mv
、i
mw
分别为三相采样电流。
[0130]
本实施例的牵引系统电压振荡抑制装置10包括：
[0131]
振荡抑制模块11和复矢量控制器12，振荡抑制模块11的输出端与复矢量控制器12的第一输入端连接；
[0132]
振荡抑制模块11，用于接收直轴电流指令值和第一交轴电流指令值将第一交轴电流指令值与抑制振荡系数k相乘，得到第二交轴电流指令值并输出直轴电流指令值和第二交轴电流指令值
[0133]
复矢量控制器12，用于接收振荡抑制模块输出的直轴电流指令值和第二交轴电流指令值并根据直轴电流指令值第二交轴电流指令值直轴电流反馈值id以及交轴电流反馈值iq，输出抑制后的直流侧电压值v
ref
，抑制后的直流侧电压值v
ref
用于控制牵引系统的逆变器(图中未示出)。
[0134]
本实施例中，振荡抑制模块11对第一交轴电流指令值进行补偿，得到第二交轴电流指令值复矢量控制器12根据第二交轴电流指令值确定直流侧电压指令值v
ref
，实现抑制直流侧电压振荡的效果。其中，复矢量控制器12采用复矢量概念，增加一个跟随速度变化的虚轴零点，对消掉交流电机主极点，以达到在全速度域进行解耦的目的。
[0135]
一种示例中，装置10还包括：与逆变器输出端连接的坐标变换模块13，坐标变换模块13的第一输出端与复矢量控制器12的第二输入端连接；
[0136]
坐标变换模块13包括clark变换模块和park变换模块，clark变换模块的输入端与逆变器的第一输出端连接，clark变换模块的输出端与park变换模块的输入端连接，park变换模块的输出端与复矢量控制器12的第二输入端连接(可参照图3或图4理解)；
[0137]
clark变换模块，用于将三相静止坐标系转换为两相静止坐标系；
[0138]
park变换模块，用于将两相静止坐标系转换为两相旋转坐标系；
[0139]
坐标变换模块13，用于接收逆变器输出的a相和b相电流反馈值，输出直轴电流反馈值和交轴电流反馈值。
[0140]
由于磁场定向控制要求在两相旋转坐标系下进行，类似于直流电机，便于控制，减少耦合，因此设置坐标变换模块13将三相静止坐标系转换为两相旋转坐标系。
[0141]
一种示例中，装置10还包括：与坐标变换模块13第二输出端连接的转矩计算模块14，转矩计算模块14的输出端与振荡抑制模块11的第一输入端连接；
[0142]
转矩计算模块14，用于接收坐标变换模块13输出的直轴电流反馈值id和交轴电流反馈值iq，根据直轴电流反馈值id和交轴电流反馈值iq计算转矩，输出转矩指令。
[0143]
本示例中，转矩计算模块14计算得到转矩指令，便于振荡抑制模块11根据转矩指令确定第一交轴电流指令值从而对第一交轴电流指令值进行补偿。
[0144]
一种示例中，装置10还包括：与牵引电机(图中未示出)输出端连接的位置传感器15，牵引电机的输入端与逆变器的第二输出端连接。
[0145]
位置传感器15，用于检测牵引电机的速度。
[0146]
一种示例中，装置10还包括：与位置传感器15输出端连接的空转滑行控制器16，空转滑行控制器16的输出端与振荡抑制模块11的第二输入端连接；
[0147]
空转滑行控制器16，用于接收位置传感器15输出的牵引电机的速度ωr，并根据牵引电机的速度计算转矩消减量，转矩消减量用于调整转矩指令，使转矩减小，空转或滑行程度减轻，以达到恢复黏着的目的。
[0148]
一种示例中，位置传感器15还用于检测牵引电机的转子角度θr。转子角度与电压指令值v
ref
，经相位计算模块，得到电压矢量的相位，从而根据电压指令值以及电压矢量的相位最终确定电压矢量。
[0149]
一种示例中，装置10还包括：与复矢量控制器12输出端连接的pwm模块17；
[0150]
pwm模块17，用于接收抑制后的直流侧电压值v
ref
，根据抑制后的直流侧电压值v
ref
计算得到三相门极信号，三相门极信号用于控制逆变器。
[0151]
一种示例中，装置10还包括：最大转矩电流比控制(maximum torque per ampere，mtpa)模块18；mtpa模块18用于接收转矩指令以及空转滑行控制器16输出的转矩消减量，经过算法处理输出电流指令。
[0152]
本示例中，mtpa模块18实现最大转矩电流比控制，使电机转矩一定的情况下，电流最小，以提高牵引变流器的输出效率。
[0153]
一种示例中，装置10还包括：弱磁控制模块19；
[0154]
弱磁控制模块19接收mtpa模块18输出的电流指令，弱磁算法处理后输出直轴电流指令值和第一交轴电流指令值
[0155]
本示例中，弱磁控制模块19通过减弱磁链，可以达到升速的目的。
[0156]
本实施例提供的牵引系统电压振荡抑制装置10，可执行上述方法实施例，其具体实现原理和技术效果，可参见上述方法实施例，本实施例此处不再赘述。
[0157]
为验证本技术实施例提供的牵引系统电压振荡抑制方法的效果，本技术分别在仿真环境和实际牵引系统进行测试。
[0158]
首先是仿真环境下测试。搭建基于牵引永磁同步电机的控制系统仿真模型。仿真测试时，异步调制区开关频率为1050hz，进入同步调制区后，开关频率随着不同调制区的变化而变化，转动惯量设置为100kg.m2。仿真测试采用的牵引永磁同步电机参数与实际测试所用的电机参数一致，具体参数见表1。
[0159]
图8为未采用电压振荡抑制方法的仿真波形，图9为采用电压振荡抑制方法的仿真波形。图中，从上到下依次为转子频率fr、直流侧电压u
dc
、直轴电流id和交轴电流iq。
[0160]
如图8所示，当转子频率fr升至40hz左右时，直流侧电压u
dc
发生振荡，同时直轴电流id和交轴电流iq也出现了较大振荡。
[0161]
如图9所示，牵引变流器直流侧电压u
dc
振荡得到有效抑制，直流侧电压u
dc
、直轴电流id、交轴电流iq变化平稳。
[0162]
然后是实际牵引系统测试。图10为未采用电压振荡抑制方法的试验波形，图11为采用电压振荡抑制方法的试验波形。图中，从上到下依次为直流侧电压u
dc
、直轴电流id、交轴电流iq和转子频率fr。
[0163]
如图10所示，当转子频率fr升至3倍谐振频率点时，牵引变流器直流侧电压u
dc
发生振荡，同时直轴电流id、交轴电流iq也出现了较大波动。
[0164]
如图11所示，牵引变流器直流侧电压u
dc
振荡得到有效抑制，直流侧电压u
dc
、直轴电流id、交轴电流iq变化平稳。
[0165]
综上可知，采用直流侧电压振荡抑制方法后，直流侧电压在谐振点附近和谐振频率的倍数频率点附近，电压波动明显减弱，电流谐波减小，也即采用本技术的电压振荡抑制方法，能够避免过压、过流等故障的发生，使牵引变流器的牵引效率更高。
[0166]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0167]
其中，各个模块可以是物理上分开的，例如安装于一个的设备的不同位置，或者安装于不同的设备上，或者分布到多个网络单元上，或者分布到多个处理器上。各个模块也可以是集成在一起的，例如，安装于同一个设备中，或者，集成在一套代码中。各个模块可以以
硬件的形式存在，或者也可以以软件的形式存在，或者也可以采用软件加硬件的形式实现。本技术可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0168]
应该理解的是，虽然上述实施例中的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0169]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，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技术各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种牵引系统电压振荡抑制方法，其特征在于，所述方法包括：接收牵引系统直流侧电压振荡信号；根据所述电压振荡信号，确定第一交轴电流指令值；根据预设振荡抑制策略，调整所述第一交轴电流指令值，得到第二交轴电流指令值；根据所述第二交轴电流指令值，确定抑制后的直流侧电压值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设振荡抑制策略，调整所述第一交轴电流指令值，得到第二交轴电流指令值，包括：根据预设振荡抑制策略，确定振荡抑制系数；所述第一交轴电流指令值与所述振荡抑制系数相乘，得到第二交轴电流指令值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电压振荡信号，确定第一交轴电流指令值之后，还包括：根据所述电压振荡信号，确定直轴电流指令值；根据所述第二交轴电流指令值，确定抑制后的直流侧电压值，包括：根据所述第二交轴电流指令值、所述直轴电流指令值、直轴电流反馈值以及交轴电流反馈值，确定抑制后的直流侧电压值。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据预设振荡抑制策略，确定振荡抑制系数，包括：提取所述电压振荡信号的直流分量和交流分量，所述直流分量和所述交流分量为所述预设振荡抑制策略中的变量；根据所述直流分量和所述交流分量，确定振荡抑制系数。5.一种牵引系统电压振荡抑制装置，其特征在于，所述装置包括：振荡抑制模块和复矢量控制器，所述振荡抑制模块的输出端与所述复矢量控制器的第一输入端连接；所述振荡抑制模块，用于接收直轴电流指令值和第一交轴电流指令值，将所述第一交轴电流指令值与抑制振荡系数相乘，得到第二交轴电流指令值，并输出所述直轴电流指令值和所述第二交轴电流指令值；所述复矢量控制器，用于接收所述振荡抑制模块输出的所述直轴电流指令值和所述第二交轴电流指令值，并根据所述直轴电流指令值、所述第二交轴电流指令值、直轴电流反馈值以及交轴电流反馈值，输出抑制后的直流侧电压值，所述抑制后的直流侧电压值用于控制所述牵引系统的逆变器。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：与所述逆变器输出端连接的坐标变换模块，所述坐标变换模块的第一输出端与所述复矢量控制器的第二输入端连接；所述坐标变换模块包括克拉克clark变换模块和派克park变换模块，所述clark变换模块的输入端与所述逆变器的第一输出端连接，所述clark变换模块的输出端与所述park变换模块的输入端连接，所述park变换模块的输出端与所述复矢量控制器的第二输入端连接；所述clark变换模块，用于将三相静止坐标系转换为两相静止坐标系；所述park变换模块，用于将所述两相静止坐标系转换为两相旋转坐标系；所述坐标变换模块，用于接收所述逆变器输出的a相和b相电流反馈值，输出所述直轴
电流反馈值和所述交轴电流反馈值。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：与所述坐标变换模块第二输出端连接的转矩计算模块，所述转矩计算模块的输出端与所述振荡抑制模块的第一输入端连接；所述转矩计算模块，用于接收所述坐标变换模块输出的所述直轴电流反馈值和所述交轴电流反馈值，根据所述直轴电流反馈值和所述交轴电流反馈值计算转矩，输出转矩指令。8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：与牵引电机输出端连接的位置传感器，所述牵引电机的输入端与所述逆变器的第二输出端连接；所述位置传感器，用于检测所述牵引电机的速度。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：与所述位置传感器输出端连接的空转滑行控制器，所述空转滑行控制器的输出端与所述振荡抑制模块的第二输入端连接；所述空转滑行控制器，用于接收所述位置传感器输出的所述牵引电机的速度，并根据所述牵引电机的速度计算转矩消减量，所述转矩消减量用于调整转矩指令。10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：与所述复矢量控制器输出端连接的脉宽调制模块pwm；所述pwm，用于接收所述抑制后的直流侧电压值，根据所述抑制后的直流侧电压值计算得到三相门极信号，所述三相门极信号用于控制所述逆变器。

技术总结
本申请提供一种牵引系统电压振荡抑制方法和装置。该方法包括：接收牵引系统直流侧电压振荡信号；根据电压振荡信号，确定第一交轴电流指令值；根据预设振荡抑制策略，调整第一交轴电流指令值，得到第二交轴电流指令值；根据第二交轴电流指令值，确定抑制后的直流侧电压值。本申请的方法，缩短了振荡抑制时间，改善了振荡抑制效果。了振荡抑制效果。了振荡抑制效果。


技术研发人员：岳学磊 王雷 高闯 田地 许克磊
受保护的技术使用者：西安中车永电捷通电气有限公司
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/23