关键词：牵引系统；SVPWM；无拍频控制；延时滞后；陷波器

Abstract: Electric traction converter as the core part of the electric traction drive system, due to the characteristics of single-phase power supply, the secondary DC link will produce secondary ripple voltage, the second pulse voltage will cause traction motor beat phenomenon, in order to suppress the beat frequency phenomenon This paper analyzes the causes and effects of the beat frequency phenomenon. On the basis of SVPWM's no-beat control, the influence of sampling delay and PWM update on the beatless frequency control is discussed. Based on the volt-second balance principle, Frequency control algorithm, the combination of notch filter and low-pass filter method to extract the DC side of the DC voltage. And verified by comparative simulation experiments.

Key words: Traction system; SVPWM; Beat-less control; Delay lag; Notch filter

【中图分类号】TM4 【文献标识码】B  【文章编号】1561-0330（2018）09-0000-00

1 引言

在交-直-交电力牵引传动系统中，中间直流环节的二次脉动电压会通过逆变器在电机侧产生拍频电流和拍频转矩。拍频现象的产生将会使电机功率损耗增大、电机转矩脉动增大和噪声污染增大，而且将会发生严重的机械抖动，影响系统的稳定性[1-2]。为抑制牵引电机的拍频现象，常会在中间直流环节并入LC谐振电路，用来吸收中间直流环节的二次脉动电压，但不可避免有质量重、体积大、成本高等缺点[3]。随着我国高铁技术的飞速发展以及对列车高速化、轻量化的追求，我国的动车组如CRH2、CRH5、CRH380等车型均取消了中间直流环节的LC谐振电路，通过逆变器的控制算法来抑制二次脉动电压对牵引电机的影响。本文在无LC谐振电路的交直交电力牵引传动系统基础上，分析二次脉动电压对牵引电机产生的影响，提出基于伏秒平衡原理的周期预测无拍频控制算法，对采样延时和PWM更新延时进行补偿，并对直流侧电压中的直流量提取方式进行改进设计。最后通过Matlab/Simulink对比仿真实验验证该算法的有效性和正确性。

2 拍频现象产生的机理

3 牵引电机侧拍频抑制方法的研究

3.1 两电平SVPWM算法简介

3.2  拍频抑制算法研究

在牵引逆变器的SVPWM数字化控制中，如上文所示，在计算电压矢量开关时间时通常将直流环节的电压视为常值，但实际中单相四象限整流器的直流侧电压是按照固定频率脉动的，其脉动的电压幅值是有规律性的。因此可在每个开关周期内，根据检测到的牵引逆变器直流环节的电压瞬态值，实时调整各电压矢量开关时间，从而在开关周期内仍能满足伏秒平衡，保证逆变器输出电压尽可能的接近正弦波形。如图4所示，只要保证每一个开关周期内的电压矢量与时间乘积等于理想的电压与时间乘积，就可以消除二次脉动电压带来的影响。如式（10）所示：

如果把上文的拍频抑制方法直接在数字系统中应用时，将会受到采样保持器和PWM更新等延时的影响，如图5所示。直流母线电压的采样保持将会对拍频抑制系统造成误差，而在数字控制系统中通常提前一个PWM周期计算下一PWM周期触发脉冲的占空比，在下一PWM周期时实现脉冲触发，即系统将会存在一拍滞后的现象[23]。一拍滞后控制将会加重上述延时误差。

 

由上文分析可知牵引电机运行于100Hz附近时拍频现象最严重，因此本文逆变器工作在98Hz，当未采用无拍频控制算法时，可以得到牵引电机定子相电流如图8(a)所示，由图8(a)可知定子相电流含有大量的拍频电流，有明显的低频脉动现象；由图8(b)可知，由于直流侧的脉动电压存在，牵引电机输出转矩存在1780N•m的脉动，严重影响牵引电机的正常运行。

加入无拍频控制算法后，可以得到牵引电机定子相电流如图9(a)所示，由图9(a)可知定子相电流的波动明显减小；由图9(b)可知，牵引电机输出转矩脉动也减少到810N•m，牵引电机的拍频现象得到了明显的改善，与上文分析一致。

5 结束语

针对交直交电力牵引传动系统中的拍频现象，本文首先从理论上分析了拍频现象产生的机理，提出适用于两电平SVPWM控制的无拍频控制策略，针对在数字化控制应用中延时问题，采用周期预测的方法进行补偿。保证牵引变流器中间直流环节存在脉动电压时，牵引逆变器的输出电压仍能满足伏秒平衡原理，从而抑制牵引电机的拍频现象。理论分析以及仿真实验都证明了该算法的正确性和有效性。

参考文献

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作者简介：

兰雪艳（1991-） 女 中国铁路济南局集团有限公司济南济南东客运车间