一种主发电机的励磁控制方法、系统及相关组件与流程

1.本发明涉及发电机控制领域，特别涉及一种主发电机的励磁控制方法、系统及相关组件。


背景技术：

2.当前，主发电机是内燃机车的关键设备，由柴油机拖动发出三相交流电供给机车牵引变流器使用。励磁系统则用于对主发电机的励磁电流进行适时调节，以维持牵引变流器的中间直流电压，中间直流电压能否恒定，关乎整个内燃机牵引系统的稳定和可靠。
3.传统的励磁系统一般是利用后级牵引变流器的电流、功率或电压的反馈进行pi调节，从而得到调整励磁电流的触发角大小，这种后馈方法最终能够得到高精度的结果，但由于需要的反馈参数只能在牵引系统已经运行一段时间后才能获取到，导致调整速度较慢。
4.因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高效快速的主发电机的励磁控制方法、系统及相关组件。其具体方案如下：
6.一种主发电机的励磁控制方法，应用于励磁传动系统，所述励磁传动系统包括依次连接的辅助发电机、辅发整流桥、主发电机、主发整流桥、中间直流回路、牵引逆变器和牵引电机，所述励磁控制方法包括：
7.获取所述牵引电机的实时功率和牵引级位；
8.根据所述实时功率和所述牵引级位，确定第一励磁触发角；
9.获取所述中间直流回路的实时中间电压；
10.根据所述实时中间电压和所述中间直流回路的预设中间电压，通过pi调节器确定第二励磁触发角；
11.对所述第一励磁触发角和所述第二励磁触发角求和，得到动作励磁触发角，以使所述辅发整流桥根据所述动作励磁触发角工作。
12.优选的，所述根据所述实时功率和所述牵引级位，确定第一励磁触发角的过程，具体包括：
13.根据所述牵引级位，确定所述预设中间电压、与所述辅助发电机连接的柴油发动机的预设转速、所述辅助发电机的预设输出电压；
14.根据所述实时功率、所述预设转速、所述预设中间电压、所述预设输出电压，确定第一励磁触发角。
15.优选的，所述根据所述实时功率和所述牵引级位，确定第一励磁触发角之后，还包括：
16.根据转速修正系数和/或电压修正系数，对所述第一励磁触发角进行修正；
17.所述转速修正系数具体为与所述柴油发动机的实时转速正相关、当所述实时转速等于所述预设转速时为1的修正系数；
18.所述电压修正系数具体为与所述辅助发电机的实时输出电压正相关、当所述实时输出电压等于所述预设输出电压时为1的修正系数。
19.优选的，所述转速修正系数与所述实时转速线性正相关，所述电压修正系数与所述实时输出电压线性正相关。
20.优选的，所述根据所述实时功率和所述牵引级位，确定第一励磁触发角的过程，具体包括：
21.通过查询试验数据表确定对应所述实时功率和牵引级位的第一励磁触发角。
22.优选的，所述根据所述实时功率和所述牵引级位，确定第一励磁触发角的过程，具体包括：
23.通过稳态计算确定所述实时功率和牵引级位对应的第一励磁触发角。
24.相应的，本技术还公开了一种主发电机的励磁控制系统，应用于励磁传动系统，所述励磁传动系统包括依次连接的辅助发电机、辅发整流桥、主发电机、主发整流桥、中间直流回路、牵引逆变器和牵引电机，所述励磁控制系统包括：
25.获取模块，用于获取所述牵引电机的实时功率和牵引级位，还用于获取所述中间直流回路的实时中间电压；
26.第一数据模块，用于根据所述实时功率和所述牵引级位，确定第一励磁触发角；
27.第二数据模块，用于根据所述实时中间电压和所述中间直流回路的预设中间电压，通过pi调节器确定第二励磁触发角；
28.第三数据模块，用于对所述第一励磁触发角和所述第二励磁触发角求和，得到动作励磁触发角，以使所述辅发整流桥根据所述动作励磁触发角工作。
29.优选的，所述第一数据模块具体用于：
30.根据所述牵引级位，确定所述预设中间电压、与所述辅助发电机连接的柴油发动机的预设转速、所述辅助发电机的预设输出电压；
31.根据所述实时功率、所述预设转速、所述预设中间电压、所述预设输出电压，确定第一励磁触发角。
32.优选的，所述第一数据模块还用于：
33.根据转速修正系数和/或电压修正系数，对所述第一励磁触发角进行修正；
34.所述转速修正系数具体为与所述柴油发动机的实时转速正相关、当所述实时转速等于所述预设转速时为1的修正系数；
35.所述电压修正系数具体为与所述辅助发电机的实时输出电压正相关、当所述实时输出电压等于所述预设输出电压时为1的修正系数。
36.优选的，所述转速修正系数与所述实时转速线性正相关，所述电压修正系数与所述实时输出电压线性正相关。
37.优选的，所述第一数据模块具体用于：
38.通过查询试验数据表确定对应所述实时功率和牵引级位的第一励磁触发角。
39.优选的，所述第一数据模块具体用于：
40.通过稳态计算确定所述实时功率和牵引级位对应的第一励磁触发角。
41.相应的，本技术还公开了一种主发电机的励磁控制装置，包括：
42.存储器，用于存储计算机程序；
43.处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任一项所述主发电机的励磁控制方法的步骤。
44.相应的，本技术还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任一项所述主发电机的励磁控制方法的步骤。
45.相应的，本技术还公开了一种内燃机车，包括：
46.励磁传动系统；
47.如上文所述主发电机的励磁控制装置；
48.所述励磁传动系统包括依次连接的辅助发电机、辅发整流桥、主发电机、主发整流桥、中间直流回路、牵引逆变器和牵引电机。
49.本技术公开了一种主发电机的励磁控制方法，包括：获取所述牵引电机的实时功率和牵引级位；根据所述实时功率和所述牵引级位，确定第一励磁触发角；获取所述中间直流回路的实时中间电压；根据所述实时中间电压和所述中间直流回路的预设中间电压，通过pi调节器确定第二励磁触发角；对所述第一励磁触发角和所述第二励磁触发角求和，得到动作励磁触发角，以使所述辅发整流桥根据所述动作励磁触发角工作。本方法能够快速确定第一励磁触发角，然后再获取第二励磁触发角，最终确定动作励磁触发角使辅发整流桥工作，振荡耗时短，能够较快速地将中间直流回路的实时中间电压稳定下来，达到高精度和高响应速度的效果，最终实现主发电机励磁控制的高效调节。
附图说明
50.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
51.图1为本发明实施例中励磁传动系统的结构分布图；
52.图2为本发明实施例中主发电机的励磁控制方法的步骤流程图；
53.图3a为本发明实施例中转速修正系数的关系示意图；
54.图3b为本发明实施例中电压修正系数的关系示意图；
55.图4为本发明实施例中励磁控制方法的控制原理图；
56.图5a为传统励磁控制方法的参量变化波形图；
57.图5b为本发明实施例的参量变化波形图；
58.图6为本发明实施例中主发电机的励磁控制系统的结构分布图；
59.图7为本发明实施例中一种内燃机车的结构分布图。
具体实施方式
60.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
61.传统的励磁系统一般是利用后级牵引变流器的电流、功率或电压的反馈进行pi调节，从而得到调整励磁电流的触发角大小，这种后馈方法最终能够得到高精度的结果，但由于需要的反馈参数只能在牵引系统已经运行一段时间后才能获取到，导致调整速度较慢。
62.本技术中能够快速确定第一励磁触发角，然后再获取第二励磁触发角，最终确定动作励磁触发角使辅发整流桥工作，振荡耗时短，能够较快速地将中间直流回路的实时中间电压稳定下来，达到高精度和高响应速度的效果，最终实现主发电机励磁控制的高效调节。
63.本发明实施例公开了一种主发电机的励磁控制方法，应用于励磁传动系统，参见图1所示，励磁传动系统包括依次连接的辅助发电机gs1、辅发整流桥01、主发电机gs2、主发整流桥02、中间直流回路03、牵引逆变器04和牵引电机m，参见图2所示，励磁控制方法包括：
64.s1：获取牵引电机m的实时功率和牵引级位；
65.s2：根据实时功率和牵引级位，确定第一励磁触发角；
66.具体的，步骤s2中根据实时功率和牵引级位，确定第一励磁触发角的过程，具体包括：
67.根据牵引级位，确定与辅助发电机gs1连接的柴油发动机的预设转速、预设中间电压、辅助发电机gs1的预设输出电压；
68.根据实时功率、预设转速、预设中间电压、预设输出电压，确定第一励磁触发角。
69.可以理解的是，牵引电机m对应的牵引级位，实际上对应机车的运行速度，每个牵引级位均对应确定的柴油发动机的预设转速、中间直流回路的预设中间电压、辅助发电机的预设输出电压，在牵引级位确定的情况下，牵引电机的实时功率随着机车的负载发生变化，因此当前第一励磁触发角依据当前牵引级位的实时功率确定，该第一励磁触发角作为前馈触发角，实质上是辅发整流桥的参考励磁触发角，为了稳定中间直流电压，辅发整流桥的后续触发角以该角度作为基准参考点进行微调。
70.进一步的，考虑到牵引级位、实时功率和第一励磁触发角的复杂关系，确定第一励磁触发角时，可以通过查询试验数据表确定对应实时功率和牵引级位的第一励磁触发角，也可以通过稳态计算确定实时功率和牵引级位对应的第一励磁触发角。其中，试验数据表为多次试验标定确定的数据。
71.进一步的，考虑到牵引级位对应的预设数据与实际运行数据可能存在差异，此处设置修正系数对第一励磁触发角进行修正，具体的，根据转速修正系数和/或电压修正系数，对第一励磁触发角进行修正；转速修正系数具体为与柴油发动机的实时转速正相关、当实时转速等于预设转速时为1的修正系数；电压修正系数具体为与辅助发电机gs1的实时输出电压正相关、当实时输出电压等于预设输出电压时为1的修正系数。
72.具体的，修正系数与实际参量的正相关，可以设置为线性正相关，即转速修正系数与实时转速线性正相关，电压修正系数与实时输出电压线性正相关，也可以根据实际需求或试验数据调整为其他类型的正相关。线性正相关的情况参见图3a和图3b所示，图3a中，当柴油发动机的实时转速等于预设转速
n＝nn
时转速修正系数
kn＝1
，当柴油发动机转速n处于
n1＜n＜n2
时，转速修正系数
kn
存在关系
kn1＜kn＜kn2
；类似的，图3b中，当辅助发电机gs1的实际输
出电压等于预设输出电压
u＝un
时，电压修正系数
ku＝1
，当实际输出电压u处于
u1＜u＜u2
时，电压修正系数
ku
存在关系
ku1＜ku＜ku2
。对第一励磁触发角进行修正，具体为对初始的第一励磁触发角乘以转速修正系数和/或电压修正系数。
73.s3：获取中间直流回路03的实时中间电压；
74.s4：根据实时中间电压和中间直流回路03的预设中间电压，通过pi调节器确定第二励磁触发角；
75.可以理解的是，步骤s3和s4是一个反馈调节，通过pi调节器后得到调整扰动的第二励磁触发角。
76.s5：对第一励磁触发角和第二励磁触发角求和，得到动作励磁触发角，以使辅发整流桥01根据动作励磁触发角工作。
77.具体的，整个励磁控制方法的控制原理参见图4所示，可以理解的是，如果第一励磁触发角进行了修正，则步骤s5中与第二励磁触发角相加的角度为修正后的第一励磁触发角。
78.可以理解的是，前馈方法为开环控制，具有调整速度快的优点，但精度较低，反馈方法为闭环控制，其优点是无静差、精度高，但调节依赖于参数反馈，调节速度慢，本实施例将前馈方法中的第一励磁触发角和反馈方法中的第二励磁触发角结合同时作用，可实现励磁调节高响应速度和高控制精度的统一，最终实现主发电机励磁的高效调节，保证中间直流电压的稳定。参见图5a和图5b所示，图5a为传统的励磁控制方法在牵引电机m功率突增时动作励磁触发角alfa和中间直流电压ud1的波形，图5b为本实施例方法在牵引电机m功率突增时动作励磁触发角alfa和中间直流电压ud1的波形，可以明显看出，牵引电机m功率突增时，本实施例中动作励磁更快地稳定到新的触发角，调节速度更快，中间直流电压更快稳定回原本的电压值，调整过程中中间直流电压跌落更少，因此本实施例的方法增强了励磁控制的动态响应能力，非常有助于提升内燃机车的稳定性和可靠性。
79.本技术公开了一种主发电机的励磁控制方法，包括：获取所述牵引电机的实时功率和牵引级位；根据所述实时功率和所述牵引级位，确定第一励磁触发角；获取所述中间直流回路的实时中间电压；根据所述实时中间电压和所述中间直流回路的预设中间电压，通过pi调节器确定第二励磁触发角；对所述第一励磁触发角和所述第二励磁触发角求和，得到动作励磁触发角，以使所述辅发整流桥根据所述动作励磁触发角工作。本方法能够快速确定第一励磁触发角，然后再获取第二励磁触发角，最终确定动作励磁触发角使辅发整流桥工作，振荡耗时短，能够较快速地将中间直流回路的实时中间电压稳定下来，达到高精度和高响应速度的效果，最终实现主发电机励磁控制的高效调节。
80.相应的，本技术实施例还公开了一种主发电机的励磁控制系统，应用于励磁传动系统，所述励磁传动系统包括依次连接的辅助发电机、辅发整流桥、主发电机、主发整流桥、中间直流回路、牵引逆变器和牵引电机，参见图6所示，所述励磁控制系统包括：
81.获取模块10，用于获取所述牵引电机的实时功率和牵引级位，还用于获取所述中间直流回路的实时中间电压；
82.第一数据模块11，用于根据所述实时功率和所述牵引级位，确定第一励磁触发角；
83.第二数据模块12，用于根据所述实时中间电压和所述中间直流回路的预设中间电压，通过pi调节器确定第二励磁触发角；
84.第三数据模块13，用于对所述第一励磁触发角和所述第二励磁触发角求和，得到动作励磁触发角，以使所述辅发整流桥根据所述动作励磁触发角工作。
85.本实施例中能够快速确定第一励磁触发角，然后再获取第二励磁触发角，最终确定动作励磁触发角使辅发整流桥工作，振荡耗时短，能够较快速地将中间直流回路的实时中间电压稳定下来，达到高精度和高响应速度的效果，最终实现主发电机励磁控制的高效调节。
86.在一些具体的实施例中，所述第一数据模块11具体用于：
87.根据所述牵引级位，确定所述预设中间电压、与所述辅助发电机连接的柴油发动机的预设转速、所述辅助发电机的预设输出电压；
88.根据所述实时功率、所述预设转速、所述预设中间电压、所述预设输出电压，确定第一励磁触发角。
89.在一些具体的实施例中，所述第一数据模块11还用于：
90.根据转速修正系数和/或电压修正系数，对所述第一励磁触发角进行修正；
91.所述转速修正系数具体为与所述柴油发动机的实时转速正相关、当所述实时转速等于所述预设转速时为1的修正系数；
92.所述电压修正系数具体为与所述辅助发电机的实时输出电压正相关、当所述实时输出电压等于所述预设输出电压时为1的修正系数。
93.在一些具体的实施例中，所述转速修正系数与所述实时转速线性正相关，所述电压修正系数与所述实时输出电压线性正相关。
94.在一些具体的实施例中，所述第一数据模块11具体用于：
95.通过查询试验数据表确定对应所述实时功率和牵引级位的第一励磁触发角。
96.在一些具体的实施例中，所述第一数据模块11具体用于：
97.通过稳态计算确定所述实时功率和牵引级位对应的第一励磁触发角。
98.相应的，本技术实施例还公开了一种主发电机的励磁控制装置，包括：
99.存储器，用于存储计算机程序；
100.处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任一实施例所述主发电机的励磁控制方法的步骤。
101.相应的，本技术实施例还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任一实施例所述主发电机的励磁控制方法的步骤。
102.可以理解的是，本实施例中所述主发电机的励磁控制方法的细节描述，可以参照上文实施例中的具体内容，此处不再赘述。
103.可以理解的是，本实施例中所述主发电机的励磁控制装置与可读存储介质具有与上文实施例中所述主发电机的励磁控制方法相同的技术效果，此处不再赘述。
104.相应的，本技术实施例还公开了一种内燃机车，参见图7所示，包括：
105.励磁传动系统20；
106.如上文所述主发电机的励磁控制装置21；
107.所述励磁传动系统20包括依次连接的辅助发电机gs1、辅发整流桥01、主发电机gs2、主发整流桥02、中间直流回路03、牵引逆变器04和牵引电机m。
108.可以理解的是，本实施例中所述主发电机的励磁控制装置的细节描述，可以参照上文实施例中的具体内容，此处不再赘述。
109.可以理解的是，本实施例中内燃机车具有与上文实施例中所述主发电机的励磁控制系统相同的技术效果，此处不再赘述。
110.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
111.以上对本发明所提供的一种主发电机的励磁控制方法、系统及相关组件进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。