【摘 要】
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高速铁路牵引供电网系统(下文简称:车-网系统)出现低频振荡现象,严重威胁着铁路运输的安全。本文以基于电力电子变压器的牵引传动系统为研究对象,以提升车-网系统稳定性为研究目标,采用主导极点法,通过建立车-网系统的闭环传递函数,研究多车接入牵引网的稳定性问题。首先,建立车-网系统的数学模型。基于车-网系统的交互特性,建立牵引供电系统的等效输出阻抗模型。根据平均值建模方法,得到电力电子变压器的平均等效电
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高速铁路牵引供电网系统(下文简称:车-网系统)出现低频振荡现象,严重威胁着铁路运输的安全。本文以基于电力电子变压器的牵引传动系统为研究对象,以提升车-网系统稳定性为研究目标,采用主导极点法,通过建立车-网系统的闭环传递函数,研究多车接入牵引网的稳定性问题。首先,建立车-网系统的数学模型。基于车-网系统的交互特性,建立牵引供电系统的等效输出阻抗模型。根据平均值建模方法,得到电力电子变压器的平均等效电路。采用瞬态直接电流控制算法,从主电路和控制系统出发,推导得到车-网系统闭环传递函数。其次,采用主导极点法对多车接入牵引网的稳定性进行研究,理论分析和仿真结果确定了基于电力电子变压器的车-网系统低频振荡的发生。在此基础上,总结牵引网参数、列车电气参数以及控制器参数对低频振荡的影响规律,并进行了仿真验证。且从阻尼比的角度揭示了车-网系统低频振荡机理,给出了振荡频率的表征方式和变化规律,为基于电力电子变压器的牵引传动系统的系统设计和实际应用提供参考。然后,从改善列车控制器的角度出发,给出了基于非线性PI控制器和自抗扰控制器的低频振荡抑制方法。利用非线性函数对于误差的自适应特性,设计基于非线性PI控制器的电压控制策略。利用自抗扰理论的扰动观测与补偿能力,设计基于自抗扰控制器的电压控制策略。考虑到传统自抗扰控制器的抖动特性会降低控制性能,采用改进的免疫函数使控制器输出平滑的给定电流信号,提高了对误差的适应能力。最后,对车-网系统低频振荡现象和所提抑制方法的抑制效果进行硬件在环测试验证。测试结果印证了基于电力电子变压器的车-网系统低频振荡的发生,验证了理论分析结果和仿真结果的正确性。通过不同控制器的性能表现总结得到:传统的PI控制器在工况发生改变时(直流侧给定电压突变或负载突变)反映出一个相对较长的调节过程,且伴随着一定的超调量。非线性PI控制器超调更小,响应时间也更快。自抗扰控制器则更进一步的优化了系统性能,实现无超调和快速调节。所设计的两种抑制方法均可以有效抑制车-网系统的低频振荡,提升系统稳定性。
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