本發(fā)明涉及整流器技術領域，具體的說，涉及一種整流器多重化控制方法。

背景技術：

隨著我國鐵路事業(yè)的飛速發(fā)展，大量交流傳動方式的電力機車和電動車組已經投入使用，電力機車、電動車組均普遍采用交-直-交變流技術以驅動交流電機。而作為車載變流器的交-直環(huán)節(jié)，整流器基于功率擴容、諧波抑制以及系統可靠性等方面的考慮，普遍采用多個整流器并聯的多重化方案。

目前的整流器多重化控制普遍采用了載波移相SPWM技術，在載波移相的基礎上，使用統一的電壓環(huán)、各重獨立的電流環(huán)控制方法。采用載波移相SPWM技術解決了功率器件開關頻率與容量之間的矛盾，它通過較低次諧波的相互抵消得到較高的等效開關頻率，能夠一定程度上減小整流器網側電流的特征次諧波。

但是隨著鐵路行業(yè)對列車網側性能越來越嚴格的要求，現有的控制技術的缺點也越來越明顯，由于每重整流器輸入電流的特征次諧波較大，經過各重電流環(huán)控制后，計算生成的調制波含有的諧波較大，因此每重變流器的調制波的基波相同，但含有較大的特征次諧波，且諧波的相角不同導致同一時刻的每重調制波不同，在此情況下采用載波移相，PWM脈沖按照設定移相角度均勻分布會受到諧波影響而出現隨機性的偏移，因而多重整流器輸入電流的特征次諧波就難以充分抵消，使得網側電流的諧波性能不理想。同時，含諧波的調制波通過SPWM調制，輸出的PWM脈沖也含有較大特征次諧波，因而，現有的控制方法容易出現電網諧振現象。

因此，亟需一種能夠降低整流器網側電流的諧波，并且抑制電網諧振的整流器多重化控制方法。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種整流器多重化控制方法，以解決在現有的控制方 法控制下整流器網側諧波性能不理想以及容易出現電網諧振現象的技術問題。

本發(fā)明提供一種整流器多重化控制方法，該方法包括：

根據所述多個整流器的直流電壓和設定電壓獲得設定電流和電壓控制信號；

對所述多個整流器的輸入電流進行諧波抑制處理，并根據處理后的信號與設定電流獲得電流控制信號；

基于所述電壓控制信號和所述電流控制信號以及電網電壓生成調制波；

根據所述調制波進行載波移相SPWM調制生成脈沖信號對所述多個整流器進行控制。

在對輸入電流進行諧波抑制處理的步驟中包括：

對所述多個整流器的輸入電流進行求均值處理和/或濾波處理。

在對所述多個整流器的輸入電流進行求均值處理的步驟中包括：

將整流器的輸入電流與該整流器功率占多個整流器總功率的比重相乘獲得比重電流信號；

將多個所述整流器的比重電流信號相加獲得平均電流信號。

在對所述多個整流器的輸入電流進行求均值處理的步驟中包括：

若多個所述整流器的功率相同，則對所述多個整流器的輸入電流求平均值獲得平均電流信號。

濾波處理采用能夠較大幅度的消減電流的特征次諧波，且對電流基波和低次諧波影響很小的濾波方式。

對輸入電流進行諧波抑制處理并根據處理后的信號與設定電流獲得電流控制信號的步驟中包括：

對所述多個整流器的輸入電流進行求均值處理獲得平均電流信號；

對所述平均電流信號進行濾波處理獲得均值濾波電流信號；

基于設定電流和網壓相位獲得設定電流瞬時量；

基于所述均值濾波電流信號和所述設定電流瞬時量進行比例調節(jié)獲得電流控制信號。

在獲得電壓控制信號的步驟中包括：

將所述直流電壓和所述設定電壓相減獲得電壓誤差信號；

基于所述電壓誤差信號進行比例積分調節(jié)生成所述設定電流；

將所述設定電流與為整流器供電的變壓器的次邊回路電感阻抗和電網電壓 相位余弦值相乘獲得電壓控制信號。

在生成調制波的步驟中包括：

將電網電壓信號乘以為整流器供電的變壓器變比的倒數獲得網壓參考信號；

將網壓參考信號減去電壓參考信號和電流控制信號生成調制波。

在基于所述均值濾波電流信號和所述設定電流進行比例調節(jié)獲得電流控制信號的步驟中包括：

基于所述設定電流與電網電壓相位正弦值的乘積減去所述均值濾波電流信號所獲得的差值進行比例調節(jié)獲得電流控制信號。

本發(fā)明提供的整流器多重化控制方法對各重四象限輸入電流進行了取均值處理，將多個電流信號整合成一個電流信號，減小了電流信號的單重特征次諧波。然后進行濾波的處理，基本上消除了將整流器輸入電流信號的諧波引入電流環(huán)控制的現象。多個整流器的控制采用統一的電壓環(huán)和共用的電流環(huán)，得到了一個各重整流器共用的含諧波很小的調制波。在此調制波基礎上，進行載波移相，避免了由于調制波諧波較大導致的調制生成的PWM脈沖難以均勻分布的問題。因此，基于均值及濾波的整流器多重化控制的PWM脈沖能很好的均勻分布，充分的發(fā)揮了載波移相的功能，能明顯降低網側電流總諧波失真THD，使網側電流的諧波性能提升。并且不管輸入信號的諧波情況如何，通過電流均值和濾波，阻止了諧波進入控制，切斷了構成電網諧振的諧波正反饋環(huán)節(jié)，從而抑制電網諧振。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

附圖說明

為了更清楚的說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要的附圖做簡單的介紹：

圖1是本發(fā)明實施例提供的整流器多重化控制方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的整流器多重化控制原理示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的電流環(huán)控制原理示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的陷波器控制原理示意圖；

圖5是傳統的多重化控制方法生成的調制波示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例提供的多重化控制方法生成的調制波示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。需要說明的是，只要不構成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結合，所形成的技術方案均在本發(fā)明的保護范圍之內。

本發(fā)明實施例提供了一種整流器多重化控制方法，如圖1所示，該方法包括步驟101、步驟102、步驟103以及步驟104。其中，在步驟101中，對多個整流器采用統一的電壓環(huán)控制，根據多個整流器的直流電壓和設定電壓獲得設定電流和電壓控制信號。在步驟102中，對多個整流器采用統一的電流環(huán)控制，對多個整流器的輸入電流進行諧波抑制處理，并根據處理后的信號與設定電流獲得電流控制信號。諧波抑制處理的目的在于有效的消除多個整流器輸入電流中的特征次諧波，使得經電流環(huán)控制生成的調制波中特征次諧波大大減少。并且不管輸入信號的諧波情況如何，通過對輸入電流進行諧波抑制處理，阻止了諧波進入電流環(huán)控制，切斷了構成電網諧振的諧波正反饋環(huán)節(jié)，從而抑制電網諧振。在步驟103中，在電壓環(huán)和電流環(huán)控制下形成調制波，即基于電壓控制信號和電流控制信號以及電網電壓生成調制波。在步驟104中，根據調制波進行載波移相SPWM調制生成脈沖信號對多個整流器進行控制。

進一步的，在對輸入電流進行諧波抑制處理的步驟102中包括：對多個整流器的輸入電流進行求均值處理和/或濾波處理。在本發(fā)明實施例中采用對多個整流器的輸入電流求均值然后進行濾波的方式實現對于多個整流器的輸入電流中的特征次諧波的消除。當然，也可以單獨采用對多個整流器輸入電流求均值的方式，或單獨采用對多個整流器輸入電流濾波的方式，或采用對多個整流器輸入電流先進行濾波后求均值的方式實現對于特征次諧波的消除，上述方式屬于功能弱化的替代方案，均在本發(fā)明的保護范圍之內。

在本發(fā)明實施例中，以常見的車載四象限整流器系統為例對本發(fā)明提供的方法進行詳細的說明，在該系統中，列車的受電弓從電網取電，接到牽引變壓器的一次側(供電網側)繞組。牽引變壓器的每個二次側繞組分別接四象限模塊的交流輸入側。若干個四象限模塊的直流側并聯在一起，共同給逆變器進行供電。本發(fā) 明提供的控制方法對于適用的四象限整流器多重化的個數沒有特殊限制，在本實施例中為了便于闡述分析，以兩重四象限并聯方案為例進行介紹。

如圖2所示，本發(fā)明提供的控制方法通過統一的電壓和電流雙閉環(huán)的方式形成調制波Un，基于調制波Un進行載波移相SPWM調制生成脈沖信號對多個四象限整流器1進行控制。電流環(huán)將多個整流器的輸入電流整合成為一個電流信號，即對兩重四象限整流器的輸入電流In1和In2進行統一的諧波抑制處理，并基于處理后的均值濾波電流信號形成電流控制信號Itg。

在本發(fā)明的一個實施方式中，在獲得電壓控制信號的步驟中包括：首先將直流電壓和設定電壓相減獲得電壓誤差信號。然后，基于電壓誤差信號進行比例積分調節(jié)生成設定電流，將所設定電流與wL系數(為整流器供電的變壓器的次邊回路電感阻抗)和電網電壓相位余弦值相乘獲得電壓控制信號。

設定電壓即為直流電壓設定值，其根據整流器應用場合的負載所需的電壓等級設置。直流電壓Ud由電壓傳感器測量得到模擬量信號，再使用AD采樣電路將其轉化為數字量信號。將直流電壓和設定電壓相減，得到電壓誤差信號，對誤差信號進行比例調節(jié)和積分調節(jié)控制生成設定電流。電壓環(huán)主要作用是避免電壓偏離設定值，穩(wěn)定直流電壓?？紤]到系統在發(fā)生異常情況時，直流電壓一直異常，會導致PI控制輸出值一直增加或一直減小，對PI控制輸出值進行限制，將設定電流值Iset限制在系統允許的范圍內。對于車載的四象限變流器多重化，一般若干個四象限變流器的直流側均并聯在一起，共同提供直流電能，因而本發(fā)明提供的控制方案采取統一的電壓環(huán)，保證了各重四象限變流器輸入電流的基波一致。

進一步的，如圖3所示，電流環(huán)生成電流控制信號的步驟中包括：首先，對所述多個整流器的輸入電流進行求均值處理獲得平均電流信號，即對兩重四象限整流器的輸入電流In1和In2進行求均值處理獲得平均電流信號Iavg，對所述平均電流信號Iavg進行濾波處理獲得均值濾波電流信號Infil。然后，基于設定電流Iset和網壓相位獲得設定電流瞬時量，即將設定電流Iset與網壓相位正弦值sinθ相乘得到設定電流瞬時量，并基于均值濾波電流信號Infil和設定電流瞬時量進行比例調節(jié)獲得電流控制信號Itg，具體是將電流給定值瞬時量與均值濾波電流信號相減得到電流偏差，然后進行比例控制。

本發(fā)明提供的控制方法在電流環(huán)控制中對多重四象限整流器輸入電流進行取均值和濾波處理，將多個四象限整流器輸入電流信號合成一個均值濾波電流信 號，其中對多個整流器的輸入電流進行求均值處理的步驟具體為：將整流器的輸入電流與該整流器功率占多個整流器總功率的比重相乘獲得比重電流信號，將多個整流器的比重電流信號相加獲得平均電流信號。在普遍的四象限整流器多重化控制中，往往存在每重四象限整流器的功率分配不同的情況，即四象限整流器輸入電流的基波大小不同。平均電流Iavg需根據每重四象限變流器功率占總功率的比重，按照各重四象限變流器輸入電流乘以相對應的比重，然后求和的方式得到。平均電流Iavg中的特征次諧波急劇減少。

可選的，若多個四象限整流器的功率相同，即每重四象限變流器的輸入電流的基波相同，則直接對多個四象限整流器的輸入電流求平均值獲得平均電流信號Iavg。對于存在網側電流傳感器的多重四象限整流器系統，網側電流If就是各重四象限整流器輸入電流之和，因此平均電流Iavg可以直接用網側電流If除以四象限整流器個數N得到。

采用求輸入電流平均值消除特征次諧波的原理推導如下：假設各重變流器輸入電流均是由基波電流和某個單次諧波電流組成，采用了載波移相，則第k重電流i_k可表示為：

式1

其中i_b表示基波電流瞬時值，I_h表示諧波電流峰值，ω_h表示諧波電流角頻率，N表示四象限的總重數。

利用三角函數公式推導式1可得：

式2

由于各重變流器平均電流i_avg可表示為：

式3

因此，將式2帶入式3即有式4：

由于和分別是均勻分布在坐標系上的N個向量在x軸和y軸上的投影，其在x軸和y軸上的投影之和均為零。因而可得：

可見，i_avg＝i_b，平均電流i_avg等于基波電流瞬時值i_b，平均電流i_avg中已經消除了諧波電流的影響。由于采用了載波移相技術，各重四象限輸入電流的特征次諧波的相位均勻分布在2π周期內。通過取均值處理，將單重的特征次諧波相互疊加抵消，使得平均電流信號Iavg包含的單重特征次諧波急劇減少。

進一步的，由于通過取均值處理，平均電流信號Iavg仍然包含一定的四象限整流器多重化的特征次諧波。針對此諧波，采用數字濾波器濾除此多重化特征次諧波，生成均值電流濾波信號Infil，使得電流環(huán)的輸入信號所含諧波進一步減少。由于濾波處理的意義是為了盡量消除特征次諧波，但基本不影響到基波和低次諧波。因此濾波處理采用能夠較大幅度的消減電流的特征次諧波，而對電流基波和低次諧波影響很小的各種濾波器方式，其中以陷波器的效果最佳，但采用其它濾波方式例如低通濾波，也能基本上達到較好的效果。

采用陷波器進行濾波能夠針對性的對較窄頻段的諧波產生很大抑制作用，而對其它頻段影響較小，具有響應快、對基波相位和幅值影響小等特點。其具體的實現方式如圖4所示。其中延時模塊是輸出端保留輸入端上一個周期的值。濾波器的系數m1，m2，m3根據采樣頻率和需濾除的頻率決定具體取值。平均電流信號Iavg通過陷波器處理后生成均值電流濾波信號Infil，進一步減少了信號中的特征次諧波。

進一步的，在本發(fā)明實施例中，生成調制波的步驟中包括：將電網電壓信號乘以Kvs系數(為整流器供電的變壓器變比的倒數)獲得網壓參考信號。然后，將網壓參考信號減去電壓參考信號和電流控制信號生成調制波。如圖2所示，根據整流電路特性，利用電網網壓及其相位、電壓環(huán)輸出、電流環(huán)輸出，可以得到所需的調制波Un。進而通過調制波Un對四象限整流器的各重載波進行載波移相，使得每重載波之間間隔均勻。將調制波Un與載波進行比較，得到每重四象限相應的PWM脈沖。

傳統的控制方法根據整流器的重數采用多重電流環(huán)控制形成多個調制波，以兩重四象限整流器系統為例，如圖5所示，兩重四象限整流器的輸入電流為In1和In2，兩重四象限整流器的調制波為Un1和Un2，三角載波為Uc3和Uc4。由 于輸入電流In1和In2中的特征次諧波較大，導致進入電流環(huán)控制形成的兩重調制波Un1和Un2中諧波也較大，且諧波相角不同導致同一時刻的Un1和Un2不同，使得PWM脈沖按照設定移相角度均勻分布出現隨機性偏移，諧波性能不理想。

采用本發(fā)明實施例提供的控制方法對多重整流器采用統一的電流環(huán)并進行求均值和濾波處理后調制波和載波情況如圖6所示，兩重四象限整流器的輸入電流為In1和In2，調制波為Un，三角載波為Uc1和Uc2?？梢娊涍^統一的求均值和濾波處理由經電流環(huán)生成的調制波Un已經基本消除輸入電流In1和In2中的諧波影響。

本發(fā)明提供的整流器多重化控制方法對各重四象限輸入電流進行了取均值處理，將多個電流信號整合成一個電流信號，減小了電流信號的單重特征次諧波。然后進行濾波的處理，基本上消除了將整流器輸入電流信號的諧波引入電流環(huán)控制的現象。多個整流器的控制采用統一的電壓環(huán)和共用的電流環(huán)，得到了一個各重整流器共用的含諧波很小的調制波。在此調制波基礎上，進行載波移相，避免了由于調制波諧波較大導致的調制生成的PWM脈沖難以均勻分布的問題。因此，基于均值及濾波的整流器多重化控制的PWM脈沖能很好的均勻分布，充分的發(fā)揮了載波移相的功能，能明顯降低網側電流總諧波失真THD，使網側電流的諧波性能提升。并且不管輸入信號的諧波情況如何，通過電流均值和濾波，阻止了諧波進入控制，切斷了構成電網諧振的諧波正反饋環(huán)節(jié)，從而抑制電網諧振。

雖然本發(fā)明所公開的實施方式如上，但所述的內容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術領域內的技術人員，在不脫離本發(fā)明所公開的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。