專利名稱：一種基于pwm整流器的牽引供電裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軌道交通牽引供電領(lǐng)域，具體涉及一種基于PWM整流器的牽引 供電裝置及控制方法。
背景技術(shù)：
城市軌道交通是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要行業(yè)，牽引供電為城市軌道交通提供 電能，是這個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。目前，城市軌道交通主要采用750V 和1500V直流供電制式。 一般來(lái)用12脈波或24脈波二極管整流，這種二極管 整流器沿用至今己經(jīng)有幾十年歷史，它的最大優(yōu)點(diǎn)是裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠， 但是它也存在著直流電壓不可控、電壓波動(dòng)大、對(duì)交流電網(wǎng)的諧波污染大的問(wèn) 題。此外，由于城軌車輛需要頻繁的起動(dòng)和制動(dòng)，而在車輛快速啟動(dòng)時(shí)，需要 的牽引功率大，由二極管整流輸出的直流電壓會(huì)迅速跌落；在車輛制動(dòng)時(shí)，為了防止直流電壓升高超過(guò)限制值，只能用電阻將制動(dòng)能量消耗掉，造成能量的 極大浪費(fèi)。因此研制一種直流電壓穩(wěn)定、諧波污染小，并能夠?qū)⒅苿?dòng)能量反饋 回交流電網(wǎng)的牽引供電裝置具有重要意義。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一種基于PWM整流器(電壓型)的牽引供電裝置及控制方法， 目的是為城市軌道交通車輛提供一種直流電壓穩(wěn)定，能夠反饋制動(dòng)能量，對(duì)交 流電網(wǎng)諧波污染小，可靠性高的牽引供電電源，最大限度的實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于PWM整流器的牽引供電裝置，它由變壓器、PWM整流器、控制板、上位機(jī)、開(kāi)關(guān)電源五大部分組成。變壓器的一次側(cè)接交流電網(wǎng)，二次側(cè) 接PWM整流器的輸入端，PWM整流器輸出接直流接觸網(wǎng)；整流器采用PWM整流器的功率開(kāi)關(guān)管采用高集成度的智能功率模塊，控制板中采用CPLD進(jìn)行 故障判斷和脈沖封鎖，并通過(guò)光纖接口傳輸6路PWM脈沖，驅(qū)動(dòng)PWM整流器 中功率開(kāi)關(guān)管工作。所述的PWM整流器包括交流電感、交流濾波電容器、智能功率模塊、熔 斷器、直流濾波電容器、A、 B相電壓傳感器、直流電壓傳感器和直流電流傳感 器。構(gòu)成PWM整流器的器件間的連接在變壓器副邊A和B相上分別接A相電壓傳感器和B相電壓傳感器；變壓 器副邊接交流濾波電容，同時(shí)接交流濾波電感的一端，交流濾波電感的另一端 分別接到三個(gè)智能功率模塊的中點(diǎn)，三個(gè)智能功率模塊的頂端并到一起接熔斷 器的一端，熔斷器另一端接直流側(cè)濾波電容的正端，正端上安裝直流電流傳感器三個(gè)智能功率模塊的底端也并到一起接到直流支撐電容器的負(fù)端N;在正端 和負(fù)端N之間連接直流電壓傳感器；交流電感、交流濾波電容器和電網(wǎng)側(cè)變壓器的漏感構(gòu)成一個(gè)不對(duì)稱T型濾波器。所述的控制板包括調(diào)理電路、故障檢測(cè)電路、DSP、 CPLD、存儲(chǔ)器、光 纖接口電路和以太網(wǎng)接口電路。具體連接關(guān)系為調(diào)理電路輸入與傳感器連接， 調(diào)理電路輸出接DSP進(jìn)行采樣，同時(shí)接故障檢測(cè)電路，故障檢測(cè)電路輸出接 CPLD; DSP的PWM 口接到CPLD，并經(jīng)過(guò)CPLD接到光纖接口電路；此外， DSP與存儲(chǔ)器通過(guò)I2C總線相連；DSP的數(shù)據(jù)線、地址線和讀寫(xiě)信號(hào)線接以太 網(wǎng)接口電路。一種基于PWM整流器的牽引供電裝置的控制方法，其該控制方法具體實(shí)施步驟為(1) 檢測(cè)兩相交流電壓，利用鎖相環(huán)得到電網(wǎng)電壓同步角；(2) 利用同步角，將檢測(cè)的兩相交流電流轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系，得 到d軸電流和q軸電流；(3) 將直流電壓給定值與實(shí)際檢測(cè)的直流電壓相減，并進(jìn)行PI運(yùn)算，得到 電流環(huán)d軸電流的給定值，而q軸電流給定值取O;(4) 將(3)中的d軸電流給定值與(2)中的d軸電流相減，并進(jìn)行PI 運(yùn)算，得到d軸控制電壓；同理，將(3)中的q軸電流給定值與(2)中的q 軸電流相減，并進(jìn)行PI運(yùn)算，得到q軸控制電壓；(5) 將(4)中d軸控制電壓和q軸控制電壓變換到靜止坐標(biāo)系，得到ci 軸電壓和e軸電壓；(6) 利用ci軸電壓和P軸電壓進(jìn)行空間電壓矢量脈寬調(diào)制，得到6路PWM脈沖。本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有益效果(l)采用PWM整流器，直流電 壓穩(wěn)定、功率因數(shù)高、對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，并且能量可以雙向流動(dòng)，能夠?qū)④?輛制動(dòng)能量反饋回交流電網(wǎng)供其它車輛使用，節(jié)能效果顯著；(2)主電路中功 率開(kāi)關(guān)器件采用大功率、高集成度的智能功率模塊，避免了多個(gè)小功率器件并 聯(lián)帶來(lái)的電路結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜的問(wèn)題，使主電路結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電路極大簡(jiǎn)化， 裝置可靠性提高；(3)釆用CPLD進(jìn)行故障判斷和脈沖封鎖，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化， 保護(hù)速度快；(4)配備專門的上位機(jī)作為人機(jī)交互接口，方便對(duì)裝置進(jìn)行全面 實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷；(5)采用DSP基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的電壓電流雙閉環(huán)控 制方法，保證直流電壓穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。


圖1為基于P德整流器的牽引供電裝置組成框2 PWM整流器主電路 圖3控制板電路 圖4調(diào)理電路 圖5故障檢測(cè)電路 圖6 DSP電路 圖7 CPLD電路 圖8光纖接口電路 圖9以太網(wǎng)接口電路 圖10存儲(chǔ)器電路圖11基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的電壓電流雙閉環(huán)控制原理圖 圖12軟件鎖相環(huán)原理圖具體實(shí)施方式
本實(shí)施例所述牽引供電裝置，直流電壓為750V，功率500kW。 本實(shí)施例所述牽引供電裝置，如圖1所示，該裝置由變壓器、PWM整流器、 控制板、上位機(jī)、開(kāi)關(guān)電源五大部分組成。變壓器用于隔離和降壓，變壓器一 次側(cè)接交流電網(wǎng)，二次側(cè)接PWM整流器；PWM整流器用于實(shí)現(xiàn)AC/DC功率 變換，直流輸出接到直流接觸網(wǎng)，為軌道交通車輛提供直流供電電源；控制板 通過(guò)檢測(cè)PWM整流器交流側(cè)電壓電流和直流側(cè)電壓電流，完成相應(yīng)的控制，發(fā) 出6路PWM驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)PWM整流器中功率幵關(guān)管工作，同時(shí)實(shí)施對(duì)裝置 的保護(hù)；上位機(jī)與控制板通過(guò)以太網(wǎng)雙向連接，對(duì)裝置進(jìn)行控制，以及顯示關(guān) 鍵變量波形、進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和故障報(bào)警。所述牽引供電裝置中開(kāi)關(guān)電源，主要用于為控制板供電，將輸入的220V交 流變?yōu)榭刂瓢逄峁?V、 土15V、 24V電源，該開(kāi)關(guān)電源輸出穩(wěn)定、紋波小、可靠性高。如圖2所示，所述牽引供電裝置中PWM整流器包括交流電感、交流濾波 電容器、智能功率模塊、熔斷器、直流濾波電容器、A、 B相電壓傳感器、直流 電壓傳感器和直流電流傳感器。構(gòu)成PWM整流器的器件間的連接在變壓器副邊A和B相上分別接A相電壓傳感器1和B相電壓傳感器2; 變壓器副邊接交流濾波電容3，同時(shí)接交流濾波電感4的一端，交流濾波電感4 的另一端分別接到三個(gè)智能功率模塊5、 6、 7的中點(diǎn)，三個(gè)智能功率模塊的頂 端并到一起接熔斷器8的一端，熔斷器另一端接直流側(cè)濾波電容10的正端P， 正端P上安裝直流電流傳感器9三個(gè)智能功率模塊的底端也并到一起接到直流 支撐電容器C的負(fù)端N;在正端P和負(fù)端N之間連接直流電壓傳感器11;交流 電感4、交流濾波電容器3和電網(wǎng)側(cè)變壓器的漏感構(gòu)成一個(gè)不對(duì)稱T型濾波器， 相對(duì)于傳統(tǒng)的僅有一個(gè)電感L的濾波器，濾波器階數(shù)更高，濾波器整體體積大 大減小，主要用于濾除交流電流中的開(kāi)關(guān)頻率次諧波電流，減小對(duì)電網(wǎng)的諧波 污染。所述牽引供電裝置中變壓器采用環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器， 一次側(cè)輸入電壓 10kV，采用星形連接，便于高壓側(cè)接地，二次側(cè)輸出電壓420V，也采用星形連 接，變壓器容量500kVA。交流濾波電容器3采用無(wú)極性電容，星型連接，電容耐壓450VAC，容量為 150uF。智能功率模塊5、 6、 7均采用西門康公司的SKiiP系列智能IGBT功率模塊， 參數(shù)1700V/2400A，型號(hào)為SKiiP 2403GB173D。每個(gè)含有上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)管， 自帶散熱器，每個(gè)功率模塊集成驅(qū)動(dòng)、短路保護(hù)、電流傳感器、溫度傳感器， 光纖接口。功率模塊之間通過(guò)無(wú)感母排連接，減小寄生參數(shù)對(duì)主電路的影響。每個(gè)模塊可以流過(guò)數(shù)千安培的電流，方便使用、可靠性高。由于智能功率模塊 內(nèi)部集成了電流傳感器，所以不需要外加交流電流傳感器就可得到兩相交流電 流/。禾口"熔斷器8采用Ferraz公司750V/1600A快速熔斷器，型號(hào)為A75P1600-4。且其安裝位置特殊(在功率模塊與直流支撐電容之間)，使得當(dāng)功率模塊貫穿短 路或直流輸出短路時(shí)都能夠起保護(hù)作用，防止故障范圍擴(kuò)大。直流側(cè)濾波電容10的耐壓為1200V，容量為20000uF，由多個(gè)400V耐壓 的電解電容串并聯(lián)而成或多個(gè)薄膜電容并聯(lián)而成的電容器組，用于濾除直流電壓紋波，穩(wěn)定直流電壓。A、 B相電壓傳感器用于測(cè)量?jī)上嘟涣麟妷篣a和Ub，用于交流過(guò)欠壓保護(hù)， 以及軟件鎖相環(huán)。直流電壓傳感器都采用LEM公司IOOOV的電壓傳感器，型號(hào) 為AV100-1000;直流電流傳感器采用LEM公司1000A的電流傳感器，型號(hào) 為L(zhǎng)T1005-S。直流電壓傳感器ll用于測(cè)量直流電壓Udc,進(jìn)行閉環(huán)控制，穩(wěn)直流電壓。 直流電流傳感器9用于測(cè)量直流輸出電流Idc，計(jì)算供電裝置輸出功率和直 流短路保護(hù)。上位機(jī)，其通過(guò)以太網(wǎng)與控制板中DSP進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。該上位機(jī)采 用工業(yè)計(jì)算機(jī)或便攜式筆記本電腦，既能作為固定的系統(tǒng)監(jiān)控裝置，放置在供 電站的監(jiān)控室；也能用于初期的系統(tǒng)調(diào)試，記錄和顯示關(guān)鍵電量的波形，提高 調(diào)試效率。該上位機(jī)中程序使用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、變量顯示、諧 波分析、電量計(jì)算、故障報(bào)警功能。圖3為所述牽引供電裝置中控制板電路包括調(diào)理電路、故障檢測(cè)電路、 DSP、 CPLD、存儲(chǔ)器、光纖接口電路和以太網(wǎng)接口電路?？刂瓢咫娐芬?jiàn)圖3至圖10，其構(gòu)成的各器件之間的連接關(guān)系如下，調(diào)理電路的輸入端口 Ua與A相電壓傳感器1相連，輸入端口 Ub與B相電 壓傳感器2相連，輸入端口 Ia和Ib分別接到智能功率模塊5和6的電流傳感器 輸出端，輸入端口 Idc與直流電流傳感器9相連，輸入端口 Udc直流電壓傳感器 ll相連，調(diào)理電路的輸出端口 Uai、 Ubi、 Iai、 Ibi、 Idci、 Udci分別與故障檢測(cè) 電路的輸入端口 Uai、 Ubi、 Iai、 Ibi、 Idci、 Udci依次連接，調(diào)理電路的輸出端 口 ADUa、ADUb、ADIa、ADIb 、ADIdc 、ADUdc分別與DSP的輸入端口 ADUa、 ADUb、 ADIa、 ADIb 、 ADIdc 、 ADUdc依次連接；故障檢測(cè)電路的端口 DCOV、 DCUV、 ACUV、 ACOV分別與CPLD的端口 DCOV、 DCUY、 ACUV、 ACOV依次連接；DSP的端口 PWM1、 PWM2、 P窗3、 PWM4、 PWM5、 PWM6分另'J與CPLD 的端口、 P窗l(fā)、 PWM2、 P麗3、 PWM4、 PWM5、 PWM6依次連接；CPLD的端口 XPWM1、 XPWM2、 XPWM3、 XPWM4、 XPWM5、 XPWM6 分別與光纖接口電路的端口 XPWM1、 XPWM2、 XPWM3、 XPWM4、 XPWM5、 XPWM6依次連接；纖接口電路的端口與智能功率模塊連接；DSP的端口 ETHJTEST、 ETHBHEn、 ETH—RST、 ETH.國(guó)ENn、 ETH—IOR、 ETH..IOW、 XA1 、 XA2、 XA3、 XD0至XD15依次與以太網(wǎng)接口電路的端口 Em/TEST、 ETHBHEn、 T汪-RST、 ETH—ENn、 ETH—IOR、 ETH—IOW、 XA1、 XA2 、 XA3 、 XD1至XD15相連接，DSP的端口 SCL、 SDA分別與存儲(chǔ)器 的SCL、 SDA連接?？刂瓢逯?，包括RC低通濾波電路和加法電路，用于對(duì)來(lái)自PWM整流器中 各傳感器的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行濾波，濾除高頻干擾，并將信號(hào)變換到0-3V以 內(nèi)，然后送到DSP進(jìn)行AD采樣，同時(shí)也送到故障檢測(cè)電路。故障檢測(cè)電路由比較器和電阻電容組成，其將來(lái)自調(diào)理電路的電壓電流信號(hào)與設(shè)定保護(hù)值進(jìn)行比較，并將比較輸出的故障信號(hào)送到CPLD中；CPLD對(duì)所 有故障信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，如果發(fā)生嚴(yán)重故障，立刻封鎖脈沖，并給DSP的功 率保護(hù)中斷口 PDPINT —個(gè)中斷信號(hào)；DSP發(fā)出的PWM脈沖經(jīng)過(guò)CPLD后送 到光纖接口電路，再送到各智能功率模塊，所以CPLD很容易實(shí)現(xiàn)硬件封鎖脈 沖的功能；所述存儲(chǔ)器與DSP通過(guò)SPI總線相連，用于永久存儲(chǔ)一些重要運(yùn)行 參數(shù)和系統(tǒng)信息，掉電不丟失；所述以太網(wǎng)接口電路與DSP通過(guò)數(shù)據(jù)線、地址 線，以及少數(shù)控制線相連，用于實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的高速數(shù)據(jù)交換。 光纖接口電路由電阻、三極管、接口組成。所述DSP采用TI公司的32位高性能數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812，時(shí)鐘 頻率150M;所述CPLD主要用于邏輯保護(hù)和脈沖封鎖，采用Ateral公司的 EMP3128A;所述以太網(wǎng)接口電路中主要包括一塊10M以太網(wǎng)控制芯片，信號(hào) CS8900A;所述存儲(chǔ)器采用非易失性鐵電存儲(chǔ)器，掉電后數(shù)據(jù)不丟失，其采用 SPI總線與DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，型號(hào)為FM24CL64。 DSP和CPLD采用同類器 件，均能達(dá)到本發(fā)明的有益效果。所述牽引供電裝置中上位機(jī)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，CPU采用雙核高性能處理 器，保證運(yùn)算速度；網(wǎng)卡采用IOOM以太網(wǎng)卡；配置了 160G大容量硬盤(pán)，用于 實(shí)時(shí)存儲(chǔ)供電裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)，以備將來(lái)查閱；采用不間斷電源(UPS)對(duì)上位機(jī) 供電，確保供電安全。所述牽引供電裝置中開(kāi)關(guān)電源采用多個(gè)開(kāi)關(guān)電源模塊，提供4路隔離的穩(wěn) 定直流電壓，包括1路5V， 1路15V, 1路-15V, 1路24V，總額定功率約IOOW， 輸入220V交流電來(lái)自UPS。如上所述一種基于PWM整流器的牽引供電裝置，其中的PWM整流器控制采用基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的電壓電流雙閉環(huán)控制，如圖4所示，其中/。、 /6為兩 相交流電流，w。、",為兩相交流電壓。該控制方法如圖11所示，其具體實(shí)施步驟為-(1) 檢測(cè)兩相交流電壓Ua和Ub，利用鎖相環(huán)得到電網(wǎng)電壓同步角^。(2) 利用同步角P，將檢測(cè)的兩相交流電流/。和^轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo) 系，得到d軸電流^和q軸電流^。(3) 將直流電壓給定值U*dc與實(shí)際檢測(cè)的直流電壓Udc相減，并進(jìn)行PI 運(yùn)算，得到電流環(huán)d軸電流的給定值O，而q軸電流給定值《取0。(4) 將(3)中的d軸電流給定值Z:與(2)中的d軸電流/,相減，并進(jìn)行 PI運(yùn)算，得到d軸控制電壓^;同理，將(3)中的q軸電流給定值/:與(2) 中的q軸電流/。相減，并進(jìn)行PI運(yùn)算，得到q軸控制電壓Uq。(5) 將(4)中Ud和Uq變換到靜止坐標(biāo)系，得到Ua和Up。(6) 利用Ua和Up進(jìn)行空間電壓矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)，得到6路PWM脈沖。所述的PI控制都采用抗飽和PI調(diào)節(jié)器。電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的PI控制都采用抗飽和型數(shù)字PI調(diào)節(jié)器。 上述控制方法中，鎖相環(huán)采用軟件鎖相環(huán)，原理如圖12所示，其主要包括 坐標(biāo)變換、濾波、PI調(diào)節(jié)、積分四個(gè)部分。該鎖相環(huán)工作流程是利用當(dāng)前同 步角^將靜止坐標(biāo)系下的兩相交流電壓Ua、 Ub轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系得到Ud、 Uq，然后將q軸電壓Uq送入濾波環(huán)節(jié)，濾除電網(wǎng)電壓畸變或干擾引入的高頻成 分后，再與q軸電壓給定值O進(jìn)相減后進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，PI的輸出作為對(duì)角頻率的 修正量A^，加上工頻角頻率必后進(jìn)行積分，最后得到修正后的同步角0。只要 當(dāng)前同步角P經(jīng)坐標(biāo)變換得到的電網(wǎng)電壓在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的q軸分量不等于零，就表明當(dāng)前同步角還未完全與電網(wǎng)電壓同步，從而導(dǎo)致PI輸出的角頻率修正量 Aw發(fā)生相應(yīng)變化，并使輸出的同步角^也發(fā)生變化，閉環(huán)穩(wěn)定時(shí)所得《角即為所 需電網(wǎng)電壓同步角。相對(duì)于傳統(tǒng)依賴過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)的硬件鎖相環(huán)而言，軟件鎖相 環(huán)可以簡(jiǎn)化硬件電路，同時(shí)可以借助靈活的軟件濾波措施增強(qiáng)對(duì)諧波干擾和電 壓畸變的抑制能力。
權(quán)利要求
1.一種基于PWM整流器的牽引供電裝置，該裝置包括變壓器、整流器、控制板、上位機(jī)和開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源為控制板提供電源；變壓器的一次側(cè)接交流電網(wǎng)，二次側(cè)接整流器的輸入端，整流器直流輸出接直流接觸網(wǎng)；其特征在于，整流器采用PWM整流器，其功率開(kāi)關(guān)管采用高集成度的智能功率模塊，控制板中采用CPLD進(jìn)行故障判斷和脈沖封鎖，并通過(guò)光纖接口傳輸6路PWM脈沖，驅(qū)動(dòng)PWM整流器中功率開(kāi)關(guān)管工作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PWM整流器的牽引供電裝置，其特征 在于，構(gòu)成PWM整流器的器件之間的連接為.在變壓器副邊A和B相上分別接A相電壓傳感器(1)和B相電壓傳感器 (2);變壓器副邊接交流濾波電容(3)，同時(shí)接交流濾波電感(4)的一端，交 流濾波電感(4)的另一端分別接到三個(gè)智能功率模塊(5、 6、 7)的中點(diǎn)，三 個(gè)智能功率模塊的頂端并到一起接熔斷器(8)的一端，熔斷器另一端接直流側(cè) 濾波電容(10)的正端(P),正端(P)上安裝直流電流傳感器(9)三個(gè)智能 功率模塊的底端也并到一起接到直流支撐電容器(C)的負(fù)端N;在正端(P) 和負(fù)端N之間連接直流電壓傳感器(11);交流電感(4)、交流濾波電容器(3)和電網(wǎng)側(cè)變壓器的漏感構(gòu)成一個(gè)不對(duì) 稱T型濾波器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PWM整流器的牽引供電裝置，其特征在 于，所述變壓器采用環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器， 一次側(cè)和二次側(cè)均采用星形連 接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PWM整流器的牽引供電裝置，其特征在 于，交流濾波電容器(3)采用無(wú)極性電容，星形連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PWM整流器的牽引供電裝置，其特征在于，所述的控制板包括調(diào)理電路、故障檢測(cè)電路、DSP、 CPLD、存儲(chǔ)器、光 纖接口電路和以太網(wǎng)接口電路；具體連接關(guān)系為調(diào)理電路輸入與主電路中的 傳感器連接，調(diào)理電路輸出接DSP進(jìn)行采樣，同時(shí)接故障檢測(cè)電路，故障檢測(cè) 電路輸出接CPLD; DSP的PWM脈沖輸出口接到CPLD，并經(jīng)過(guò)CPLD接到光 纖接口電路；此外，DSP與存儲(chǔ)器通過(guò)I2C總線相連；DSP的數(shù)據(jù)線、地址線 和讀寫(xiě)信號(hào)線接以太網(wǎng)接口電路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PWM整流器的牽引供電裝置，其特征 在于，上位機(jī)與控制板通過(guò)以太網(wǎng)雙向連接。
7. —種基于PWM整流器的牽引供電裝置的控制方法，其特征在于，該控制 方法具體實(shí)施步驟為(1) 檢測(cè)兩相交流電壓Ua和Ub，利用鎖相環(huán)得到電網(wǎng)電壓同步角e;(2) 利用同步角P，將檢測(cè)的兩相交流電流z;和/6轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo) 系，得到d軸電流/,和q軸電流^(3) 將直流電壓給定值U、與實(shí)際檢測(cè)的直流電壓Ude相減，并進(jìn)行PI運(yùn)算，得到電流環(huán)d軸電流的給定值《，而q軸電流給定值《取0;(4) 將(3)中的d軸電流給定值^與(2)中的d軸電流/,相減，并進(jìn)行 PI運(yùn)算，得到d軸控制電壓Ud;同理，將(3)中的q軸電流給定值/;與(2) 中的q軸電流/^目減，并進(jìn)行PI運(yùn)算，得到q軸控制電壓uq。(5) 將(4)中Ud和Uq變換到靜止坐標(biāo)系，得到U。和Ue;(6) 利用Ua和Ue進(jìn)行空間電壓矢量脈寬調(diào)制，得到6路PWM脈沖。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于PWM整流器的牽引供電裝置的控制方 法，其特征在于，所述鎖相環(huán)采用軟件鎖相環(huán)，該軟件鎖相環(huán)是利用當(dāng)前同步 角將靜止坐標(biāo)系下電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，然后將得到的q軸電壓送入濾波環(huán)節(jié)濾除高頻干擾，再與q軸電壓給定值O相減后進(jìn)行PI控制，PI的輸 出為角頻率修正量Aw，加上工頻角頻率w后進(jìn)行積分，得到電網(wǎng)電壓同步角-。 9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于PWM整流器的牽引供電裝置的控制方法， 其特征在于，所述的PI控制都采用抗飽和PI調(diào)節(jié)器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于PWM整流器的牽引供電裝置，該裝置包括變壓器、整流器、控制板、上位機(jī)和開(kāi)關(guān)電源；特征在于整流器采用PWM整流器，其功率開(kāi)關(guān)管采用高集成度的智能功率模塊，控制板中采用CPLD進(jìn)行故障判斷和脈沖封鎖，并通過(guò)光纖接口傳輸6路PWM脈沖，驅(qū)動(dòng)PWM整流器中功率開(kāi)關(guān)管工作，上位機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)接到控制板，并對(duì)整流器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和故障診斷；該整流器采用基于同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系的電流解耦控制，利用鎖相環(huán)獲得電網(wǎng)電壓同步角，然后分別對(duì)d軸電流和q軸電流進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，并用空間矢量脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生6路PWM脈沖。
文檔編號(hào)H02M1/12GK101306653SQ200810103529
公開(kāi)日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者刁利軍, 劉志剛, 盧西偉, 鋼 張, 李哲峰, 林文立, 櫻 梅, 沈茂盛, 牟富強(qiáng), 威 狄, 磊 王, 羅榮婭, 賈利民, 趙明花 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué);北京鏈奕通易軌道交通科技有限公司