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高速列车同步牵引系统仿真研究

作　者: 冯东
导　师: 许力
学　校: 浙江大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 高速列车牵引系统牵引变流器牵引控制策略永磁同步电机直接转矩控制同步控制算法
分类号: U260.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 197次
引　用: 4次
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内容摘要

高速列车牵引系统是列车的动力来源,也是保证列车快速、稳定运行的关键结构,其主电路包括牵引变压器、单相三电平四象限整流器、中间直流环节、三电平逆变器和牵引电机。论文首先介绍了高速列车牵引系统的组成和功能,用永磁同步电机替代传统的三相异步电机,作为牵引电机,利用Matlab/Simulink搭建高速列车牵引系统仿真模型,针对牵引变流器、牵引电机的控制策略和同步控制算法进行研究,并对控制算法进行比较和仿真验证。四象限整流器采用SPWM调制,以及预测电流控制策略,三电平逆变器部分采用直接转矩控制系统来驱动永磁同步电机。该系统能根据CRH3型动车组的牵引、制动特性曲线模拟动车组牵引、惰性、制动等运行工况,实现了动车组在不同速度下的稳定运行。仿真结果表明,在转速指令变化时,电压波动较小,速度变化平滑,具有较好的静态和动态性能。牵引工况下,利用直接转矩控制使牵引电机的输出转矩很好地跟踪转矩指令,在低速运行时按恒力矩运行。自动运行时,牵引系统能根据速度指令设定值,当前区域限速和动车组运行状态等信息自动计算控制指令,使动车组恒功率运行。制动工况下,牵引系统根据制动力矩对牵引电机实施再生制动,将能量回馈电网。在各个工况相互切换时,利用滞环控制,实现控制指令的平滑过渡,避免转矩、速度的较大波动。在实现单台牵引电机稳定控制的基础上,采用基于相邻耦合误差的多电机同步控制算法对一个动力单元的多台牵引电机进行同步运行控制,使四台电机转速始终保持协调一致。并将该算法与其他同步控制算法比较,结果表明,该同步控制算法收敛速度快,抗干扰能力强。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章绪论  10-20
  1.1 电力牵引系统发展现状  10-16
    1.1.1 国内外高速动车组的发展  10-13
    1.1.2 电力牵引控制策略的发展  13-15
    1.1.3 多电机同步控制系统的发展  15-16
  1.2 研究背景与立题意义  16-18
  1.3 论文主要研究内容与组织结构  18-19
    1.3.1 课题研究内容  18
    1.3.2 论文组织结构  18-19
  1.4 本章小结  19-20
第2章高速列车牵引系统简介  20-23
  2.1 牵引传动系统基本构成  20-21
  2.2 牵引传动系统工作原理  21
  2.3 牵引传动系统仿真模型  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章高速列车牵引控制策略  23-37
  3.1 单相三电平整流器控制  23-27
    3.1.1 单相三电平整流器工作原理  23-25
    3.1.2 单相三电平脉冲整流器控制策略  25-27
  3.2 牵引电机控制  27-31
    3.2.1 永磁同步电机的特性  27-29
    3.2.2 直接转矩控制  29-31
  3.3 列车牵引控制单元  31-36
    3.3.1 网络控制系统  32
    3.3.2 牵引与制动特性  32-34
    3.3.3 牵引控制策略  34-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章牵引电机同步控制算法  37-44
  4.1 电机同步控制算法介绍  37-40
    4.1.1 多电机非耦合控制  37-38
    4.1.2 多电机的耦合控制  38-40
  4.2 基于相邻耦合误差的同步控制策略  40-42
  4.3 同步控制器设计  42-43
  4.4 本章小结  43-44
第5章仿真结果分析  44-68
  5.1 牵引加速运行仿真结果  45-49
  5.2 再生制动工况仿真结果  49-53
  5.3 不同工况间切换的仿真结果  53-58
  5.4 动车组故障仿真结果  58-62
  5.5 多电机同步运行仿真结果  62-67
  5.6 本章小结  67-68
第6章总结与展望  68-70
  6.1 本文工作总结  68-69
  6.2 研究展望  69-70
参考文献  70-74
硕士期间参与的项目和发表的论文  74

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