軌道交通無(wú)變壓器牽引傳動(dòng)系統(tǒng)控制策略研究項(xiàng)目摘要

為降低傳統(tǒng)鐵路大功率牽引傳動(dòng)系統(tǒng)龐大的體積和重量，實(shí)現(xiàn)我國(guó)高速鐵路輕量化、小型化、節(jié)能環(huán)保的發(fā)展目標(biāo)，本課題研究了一種無(wú)變壓器牽引傳動(dòng)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、模塊化程度高、易于控制等特點(diǎn)，同時(shí)融合了多相電機(jī)固有的優(yōu)點(diǎn)，是一種非常實(shí)用化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。針對(duì)我國(guó)軌道交通牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的特殊應(yīng)用背景，本課題對(duì)H橋級(jí)聯(lián)型有源前端的調(diào)制策略、電容電壓平衡控制算法以及低開(kāi)關(guān)頻率條件下六相異步電機(jī)的矢量控制策略和調(diào)制策略等關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)研究，擬采用基于維持各級(jí)懸浮電容輸入輸出功率平衡的方法，實(shí)現(xiàn)懸浮電容電壓平衡控制；同時(shí)利用三相異步電機(jī)成熟的矢量控制技術(shù)和調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)六相異步電機(jī)的高性能矢量控制和調(diào)制控制。最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一整套基于無(wú)變壓器H橋級(jí)聯(lián)型多電平變換器和六相異步電機(jī)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(diào)速系統(tǒng)，為其以后在我國(guó)鐵路牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，軌道交通在我國(guó)運(yùn)輸體系中扮演著越來(lái)越重要的作用。目前，軌道交通大功率牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中普遍使用工頻牽引變壓器，其龐大的體積和重量無(wú)法適應(yīng)我國(guó)鐵路輕量化、小型化、節(jié)能環(huán)保的發(fā)展目標(biāo)。本項(xiàng)目研究的無(wú)變壓器牽引傳動(dòng)系統(tǒng)融合了級(jí)聯(lián)H橋變換器和多相電機(jī)在大功率場(chǎng)合的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、模塊化程度高、易于控制等特點(diǎn)，是一種有應(yīng)用前景的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。課題針對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)中級(jí)聯(lián)型H橋有源前端的電流控制策略、電容電壓平衡算法、穩(wěn)定工作域以及雙定子感應(yīng)電機(jī)低開(kāi)關(guān)頻率條件下控制和調(diào)制、多電機(jī)協(xié)同控制方面的關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)研究。在級(jí)聯(lián)H橋整流器方面，課題詳細(xì)分析了虛擬矢量電流控制策略的穩(wěn)定性問(wèn)題，提出了一種調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)的直流側(cè)電容電壓平衡算法。此外，課題還給出了一種多級(jí)級(jí)聯(lián)H橋整流器穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的通用分析方法。在雙定子感應(yīng)電機(jī)控制方面，課題結(jié)合軌道交通等大功率牽引傳動(dòng)系統(tǒng)高電壓大電流、低開(kāi)關(guān)頻率的特點(diǎn)，提出了雙定子感應(yīng)電機(jī)在全速度范圍內(nèi)的矢量控制策略及多模式SVPWM調(diào)制策略，可以實(shí)現(xiàn)牽引電機(jī)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)的可靠運(yùn)行。課題最終實(shí)現(xiàn)了一整套基于無(wú)變壓器H橋級(jí)聯(lián)型整流器和雙定子感應(yīng)電機(jī)的系統(tǒng)樣機(jī)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本課題的研究成果可以為其以后在我國(guó)鐵路牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。 2100433B

目前有三種常用的ABS控制策略用于控制車輪制動(dòng)壓力，分別是單輪控制、低選控制和高選控制。具體介紹如下。

制動(dòng)防抱死系統(tǒng)單輪控制

要使車輛實(shí)現(xiàn)最大的制動(dòng)強(qiáng)度，首先需保證每個(gè)車輪都最大程度地利用了可用的附著系數(shù)。針對(duì)每個(gè)車輪的獨(dú)立控制策略可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。為此，每個(gè)車輪都有一套傳感器用于信號(hào)測(cè)量及其參數(shù)計(jì)算，都有各自的制動(dòng)管路以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)車輪制動(dòng)壓力的獨(dú)立控制，而與其他車輪的工作情況無(wú)關(guān)。

缺點(diǎn)：在左右車輪附著系數(shù)岸不同的路面上，如單側(cè)光滑的路面，由于左右制動(dòng)力差別較大，會(huì)產(chǎn)生很大的橫擺力矩，使車輛運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，一定程度上使得單輪獨(dú)立控制可獲得最大制動(dòng)強(qiáng)度的優(yōu)勢(shì)被削減。

制動(dòng)防抱死系統(tǒng)低選控制

所謂低選控制就是對(duì)同一車軸兩側(cè)車輪同時(shí)施加制動(dòng)壓力控制，大小由附著系數(shù)低的那側(cè)車輪來(lái)決定。

這種控制策略可以通過(guò)安裝于每個(gè)車輪上的傳感器或安裝于差速器驅(qū)動(dòng)齒輪上的傳感器完成。

采用低選控制策略，雖不能充分發(fā)揮行駛于高附著系數(shù)路面上的那側(cè)車輪的附著能力，但卻能獲得較大的轉(zhuǎn)彎側(cè)向力。并且由于左右車輪的制動(dòng)力相差不多，車輛不會(huì)產(chǎn)生橫擺，保證了車輛的穩(wěn)定性。由于上述優(yōu)點(diǎn)，低選控制廣泛適用于后軸車輪的制動(dòng)控制。

制動(dòng)防抱死系統(tǒng)高選控制

高選控制是由高附著系數(shù)路面上的那側(cè)車輪來(lái)決定車橋兩側(cè)車輪的制動(dòng)壓力，因此每個(gè)車輪上均需分別安裝傳感器。

優(yōu)點(diǎn)：與低選控制相比，高選控制可獲得更高的制動(dòng)強(qiáng)度。

缺點(diǎn):低附著路面上的那個(gè)車輪可能會(huì)抱死，因而導(dǎo)致車輛喪失轉(zhuǎn)向能力。由于作用于兩側(cè)的制動(dòng)力不等，還會(huì)產(chǎn)生橫擺力矩。但因高選控制能獲得較高的制動(dòng)強(qiáng)度，這種控制方式通常用于前軸車輪的制動(dòng)控制。

內(nèi)容介紹

《高等教育城市軌道交通系列教材:城市軌道交通牽引電氣化概論》共分8章，內(nèi)容包括：城市軌道交通電氣系統(tǒng)，車輛的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)，車輛的運(yùn)行與控制，車輛輔助電器設(shè)備，城市軌道交通供電系統(tǒng)，電能的傳輸與受流，城市軌道交通供電系統(tǒng)電器設(shè)備與保護(hù)，新型軌道交通車輛。

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