軌道交通無變壓器牽引傳動系統控制策略研究

《軌道交通無變壓器牽引傳動系統控制策略研究》是依託北京交通大學，由王琛琛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：軌道交通無變壓器牽引傳動系統控制策略研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王琛琛
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

為降低傳統鐵路大功率牽引傳動系統龐大的體積和重量，實現我國高速鐵路輕量化、小型化、節能環保的發展目標，本課題研究了一種無變壓器牽引傳動系統，具有結構簡化、模組化程度高、易於控制等特點，同時融合了多相電機固有的優點，是一種非常實用化的拓撲結構。針對我國軌道交通牽引傳動系統的特殊套用背景，本課題對H橋級聯型有源前端的調製策略、電容電壓平衡控制算法以及低開關頻率條件下六相異步電機的矢量控制策略和調製策略等關鍵問題展開研究，擬採用基於維持各級懸浮電容輸入輸出功率平衡的方法，實現懸浮電容電壓平衡控制；同時利用三相異步電機成熟的矢量控制技術和調製技術，實現六相異步電機的高性能矢量控制和調製控制。最終目標是實現一整套基於無變壓器H橋級聯型多電平變換器和六相異步電機的性能好、效率高、成本低、可靠性高且控制功能完善的高壓大容量變頻調速系統，為其以後在我國鐵路牽引傳動系統的推廣套用奠定技術基礎。

結題摘要

隨著經濟社會的發展，軌道交通在我國運輸體系中扮演著越來越重要的作用。目前，軌道交通大功率牽引傳動系統中普遍使用工頻牽引變壓器，其龐大的體積和重量無法適應我國鐵路輕量化、小型化、節能環保的發展目標。本項目研究的無變壓器牽引傳動系統融合了級聯H橋變換器和多相電機在大功率場合的套用優勢，具有結構簡單、模組化程度高、易於控制等特點，是一種有套用前景的拓撲結構。課題針對傳動系統中級聯型H橋有源前端的電流控制策略、電容電壓平衡算法、穩定工作域以及雙定子感應電機低開關頻率條件下控制和調製、多電機協同控制方面的關鍵問題展開研究。在級聯H橋整流器方面，課題詳細分析了虛擬矢量電流控制策略的穩定性問題，提出了一種調節能力更強的直流側電容電壓平衡算法。此外，課題還給出了一種多級級聯H橋整流器穩定運行區域的通用分析方法。在雙定子感應電機控制方面，課題結合軌道交通等大功率牽引傳動系統高電壓大電流、低開關頻率的特點，提出了雙定子感應電機在全速度範圍內的矢量控制策略及多模式SVPWM調製策略，可以實現牽引電機在整個調速範圍內的可靠運行。課題最終實現了一整套基於無變壓器H橋級聯型整流器和雙定子感應電機的系統樣機，並進行了實驗驗證。本課題的研究成果可以為其以後在我國鐵路牽引傳動系統的推廣套用奠定技術基礎。