高速铁路四桥臂电流比较解耦控制技术

单台YN，d11-275接线同相牵引供电系统，平衡补偿装置由四桥臂变流器构成，如图3.14所示。为了降低开关频率并考虑控制方法的简单实用性，采用三电平电流比较解耦控制[122-136]，以下简要说明其原理。假设平衡补偿装置的变比k=1，忽略系统电阻，由图3.14可写出如下方程：

式中　Uac、Ubc、UFc——桥臂间电压；

L、Ln——系统各相等效电感；

eac、ebc、eFc——电源等效电压。

根据式（1.18）对上式进行αβγ 坐标变换，可得：

式中，Uα、Uβ、Uγ和eα、eβ、eγ以及iα、iβ、iγ分别为桥臂间电压和电源等效电压以及三相补偿电流在αβγ 坐标系下的各分量。每个桥臂有两个状态，四个桥臂共有16个状态，对应每个状态下桥臂间电压Uac、Ubc、UFc，通过αβγ 坐标变换，可以得到相应的Uα、Uβ、Uγ值，共有16种组合，构成了αβγ 坐标系下空间电压矢量，平衡补偿装置期望输出电压可以由这16个空间电压矢量组合得到。表6.10给出了16个开关状态和各个相应的电压值。

表6.10　开关状态及相应的各电压值

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续表

注：表中Edc为直流电压；V=Edc/3。

由表6.10可知，三相四桥臂逆变器共有14个非零矢量和2个零矢量。桥臂a、b、c的开关状态只影响Uα和Uβ的取值，而桥臂d的开关状态只影响Uγ的取值。将14个空间矢量投影到αβ 平面上就可以得到如同三相三桥臂逆变器的六边形空间矢量图，其中每一个电压矢量都代表两个开关状态。由于Uα、Uβ和Uγ都可取正、负及零值，因此可选用3个三电平比较器对逆变器输出电流进行控制。

电流比较解耦控制框图如图6.45所示。电流误差信号经αβγ 坐标变换得到在αβγ 坐标系下的误差信号 Δiαβγ，再经三电平和滞环电压比较器输出dαβγ，用以选择合适的空间电压矢量，确定开关的动作状态，从而驱动平衡补偿装置产生在指定电流误差范围内跟踪指令电流信号的实际补电流iabF。根据图6.45和式（6.80）可知，当dk=1时应选择具有正Uk分量的空间电压矢量（其中k ∈{αβ γ}），从而驱动逆变器相应开关动作使ik增加；反之，dk=-1时应选择具有负Uk分量的空间电压矢量，从而驱动逆变器相应开关动作使ik减小。图6.45中，Δiγ通道选用了两电平滞环比较器，主要是为了解决当Uα、Uβ和Uγ同时为零时而造成无法跟踪的情形。表6.11给出了所有dα、dβ和dγ的状态组合及相应被选择的空间电压矢量

图6.45　电流比较解耦控制框图

表6.11　空间矢量选择表