一种辅助变流器控制方法、系统及存储介质与流程

本发明涉及轨道车辆辅助供电系统控制，具体涉及一种辅助变流器控制方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、当前，为满足大编组、智能化轨道车辆日益增长的用电需求，辅助逆变器正向高功率密度、高可靠性、高供电质量方向发展。主流技术路径是采用“i型三电平”拓扑结构的工频辅助逆变器，并结合“无互连线并联”的供电架构。普遍采用二极管箝位型三电平拓扑及其相应的npc调制策略，通过增加输出电平数降低了功率器件的电压应力，改善了输出波形质量。同时，多台辅助逆变器常采用基于传统功率下垂控制的无互连线并联方式，实现功率自动分配。

2、然而，现有技术仍存在以下问题：第一，常规的npc调制策略导致三电平桥臂中内侧功率开关管的导通损耗和开关损耗显著高于外侧管，损耗不均衡迫使散热设计必须以内管的最高温升为准，限制了整体电流输出能力的提升，制约了功率密度的进一步增加。第二，传统的功率下垂控制是一种刚性、无惯性的静态调整策略，负载突变时系统频率会快速、大幅度波动，且经过下垂调整后的输出电压幅值会低于额定值，在重载时尤为明显。第三，lc滤波器中的三相滤波电容在交变电场下于“自愈”点易产生局部电晕放电，导致容值不可逆地缓慢衰减，现有系统通常缺乏在线容值监测功能，无法预知电容老化状态，存在因电容失效而导致系统故障的潜在风险。

3、因此，亟须一种辅助变流器控制方法，系统性地提升辅助变流器的性能、质量和可靠性。

技术实现思路

1、本发明至少在一定程度上解决了以上技术问题，提供一种辅助变流器控制方法、系统及存储介质。通过在三电平npc硬件上实现anpc双零状态效果，均衡内外管损耗，提升功率密度。

2、本公开的实施例第一方面提供一种辅助变流器控制方法，所述辅助变流器包括依次连接的三电平npc逆变器、变压器、lc滤波器和输出接触器，所述lc滤波器经所述输出接触器连接交流负载，其特征在于，所述方法包括：

3、采集辅助变流器的三相输出电压、负载侧三相电流及逆变器侧三相电流；

4、根据三相输出电压和逆变器侧三相电流计算辅助变流器输出有功功率，根据所述有功功率生成输出电压相位角度;

5、根据所述输出电压相位角度对所述三相输出电压、所述负载侧三相电流进行坐标变换，生成同步旋转坐标系下的电压分量、和电流分量、；

6、根据所述同步旋转坐标系下的电压分量、和电流分量、计算无功功率，根据所述无功功率生成输出电压幅值；

7、根据所述同步旋转坐标系下的电压分量、、电流分量、和所述输出电压幅值生成调制波信号、；

8、根据所述调制波信号、进行npc调制，得到每相四路基础脉冲、、、，对所述基础脉冲、、、中的至少两路施加互不相同的延时后进行逻辑合成，生成六路驱动脉冲并输出至所述三电平npc逆变器。

9、本技术提供的技术方案至少带来以下有益效果：通过在标准npc硬件上通过纯数字逻辑生成六路驱动脉冲，均衡内外管损耗，提升功率密度。

10、本技术其它一些实施例中，所述对所述基础脉冲、、、中的至少两路施加互不相同的延时后进行逻辑合成，生成六路驱动脉冲并输出至所述三电平npc逆变器，包括：

11、对所述基础脉冲、的上升沿分别施加第一延时时间，对所述基础脉冲、的上升沿施加第二延时时间；

12、将延时后的所述基础脉冲、进行异或运算得到第一中间信号，将延时后的所述基础脉冲、进行异或运算得到第二中间信号；

13、将所述第一中间信号与所述第二中间信号进行或运算得到合成信号；

14、对所述合成信号的上升沿施加第一延时时间后分别与所述基础脉冲、进行或运算，得到两路新增脉冲、，将所述基础脉冲、、、和所述新增脉冲、作为驱动脉冲输出至所述三电平npc逆变器。

15、本技术提供的技术方案至少带来以下有益效果：通过差异化延时与异或/或逻辑运算的纯数字手段，在标准npc硬件上生成anpc特性的六路驱动脉冲，逻辑清晰，易于dsp实现，无需增加硬件成本。

16、本技术其它一些实施例中，所述第一延时时间为所述三电平npc逆变器的死区时间。

17、本技术提供的技术方案至少带来以下有益效果：以逆变器固有的死区时间作为第一延时时间，无需额外配置延时参数，简化了工程实现，确保新增脉冲与原始脉冲之间满足最小脉宽约束。

18、本技术其它一些实施例中，所述第一延时时间小于所述第二延时时间。

19、本技术提供的技术方案至少带来以下有益效果：通过第一延时时间小于第二延时时间的时序约束，确保逻辑合成中各组脉冲的边沿时序关系正确，避免合成信号产生竞争冒险，保证驱动脉冲的时序安全。

20、本技术其它一些实施例中，所述根据所述有功功率生成输出电压相位角度，包括：

21、根据所述有功功率计算系统输出角频率指令，

22、其中，为系统输出角频率指令，系统额定输出角频率，为有功功率-频率下垂系数，为一阶惯性环节，为惯性时间常数，为拉普拉斯算子；

23、对所述输出角频率指令进行积分，得出所述输出电压相位角度。

24、本技术提供的技术方案至少带来以下有益效果：通过引入一阶惯性环节模拟同步发电机的惯性和阻尼特性，负载突变时频率平滑变化；下垂控制配合惯性环节，兼顾稳态功率均分与动态频率稳定。

25、本技术其它一些实施例中，所述根据所述同步旋转坐标系下的电压分量、和电流分量、计算无功功率，根据所述无功功率生成输出电压幅值，包括：

26、根据所述同步旋转坐标系下的电压分量、和电流分量、计算无功功率；

27、根据所述无功功率对系统额定输出电压幅值进行无功下垂调节，得到下垂调节后的电压幅值；

28、将所述下垂调节后的电压幅值与输出电压给定值之间的偏差进行pi调节，并将pi调节的结果叠加至所述下垂调节后的电压幅值得到所述输出电压幅值。

29、本技术提供的技术方案至少带来以下有益效果：通过无功下垂实现并联单元间的无功功率自动均分；二次调压环节通过pi调节补偿无功扰动引起的电压跌落，确保输出电压幅值稳定在额定水平。

30、本技术其它一些实施例中，所述根据所述同步旋转坐标系下的电压分量、、电流分量、和所述输出电压幅值生成调制波信号、，包括：

31、根据所述同步旋转坐标系下的电感电流分量、和所述lc滤波器的电感参数计算阻抗压降补偿量、；

32、根据所述同步旋转坐标系下的电流分量、和预设虚拟阻抗参数计算虚拟阻抗补偿量；

33、将所述同步旋转坐标系下的电压分量、作为电压前馈量，将所述同步旋转坐标系下的电流分量、作为负载电流前馈量与所述虚拟阻抗补偿量，采用电压外环和电流内环的双闭环控制结构，在所述同步旋转dq坐标系下生成调制波信号、。

34、本技术提供的技术方案至少带来以下有益效果：阻抗压降补偿保证负载变化时输出电压一致性；虚拟阻抗重塑输出特性抑制并机环流；电压电流前馈提升动态响应速度；三项协同实现高精度、强抗扰控制。

35、本技术其它一些实施例中，所述方法还包括：

36、根据所述变压器的变比对所述逆变器侧三相电流进行幅值折算和相位修正，得到所述变压器的副边电流；

37、在所述辅助变流器建立输出电压且所述辅助变流器的输出接触器断开期间，对所述三相输出电压和所述变压器的副边电流分别进行傅里叶分解，提取基波电压和基波电流；

38、根据所述基波电压与所述基波电流之比计算所述三相滤波电容的容值；

39、将所述容值与预设阈值进行比较，当所述容值低于所述预设阈值时发出预警信号。

40、本技术提供的技术方案至少带来以下有益效果：利用启动空载窗口期在线监测滤波电容容值，无需停机或外加设备，将定期检修变为状态预知，降低维护成本和停机风险。

41、本公开的实施例第二方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现本公开的实施例第一方面所述的方法。

42、本公开的实施例第三方面提供一种辅助变流器控制系统，用于实现本公开的实施例第一方面所述的辅助变流器控制方法，所述系统包括：

43、采集单元，被配置为采集辅助变流器的三相输出电压、负载侧三相电流及逆变器侧三相电流；

44、工频单元，连接所述采集单元的输出端，被配置为根据三相输出电压和逆变器侧三相电流计算辅助变流器输出有功功率，根据所述有功功率生成输出电压相位角度;

45、变换单元，连接所述采集单元的输出端、所述工频单元的输出端，被配置为根据所述输出电压相位角度对所述三相输出电压、所述负载侧三相电流进行坐标变换，生成同步旋转坐标系下的电压分量、和电流分量、；

46、电气单元，连接所述变换单元的输出端，被配置为根据所述同步旋转坐标系下的电压分量、和电流分量、计算无功功率，根据所述无功功率生成输出电压幅值；

47、控制单元，连接所述变换单元的输出端、所述电气单元的输出端，被配置为根据所述同步旋转坐标系下的电压分量、、电流分量、和所述输出电压幅值生成调制波信号、；

48、调制单元，连接所述控制单元的输出端，被配置为根据所述调制波信号、进行npc调制，得到每相四路基础脉冲、、、，对所述基础脉冲、、、中的至少两路施加互不相同的延时后进行逻辑合成，生成六路驱动脉冲并输出至所述三电平npc逆变器。

49、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

50、（1）通过在npc调制产生的基础脉冲上施加互不相同的延时并进行逻辑合成，在标准npc硬件上以纯软件手段生成六路驱动脉冲，均衡内外管损耗，在不增加硬件成本的前提下提升功率密度。

51、（2）通过在下垂控制中引入一阶惯性环节平滑频率动态，配合二次调压环节的pi补偿抑制电压跌落，提升了系统动态稳定性与供电质量。

52、（3）通过在空载建压阶段对电压和重构副边电流进行傅里叶分解并计算电容容值，实现滤波电容在线监测与老化预警，提高系统可维护性。

53、上述说明仅是本公开技术方案的概述，为了能够更清楚了解本公开的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本公开的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本公开的具体实施方式。