高原双源动力集中动车组内燃车牵引变流器关键技术分析与验证

针对高原型内燃机车运行海拔高、散热工况复杂和轻量化要求高的特点,文章介绍了一种复兴号高原双源动力集中动车组内燃车牵引变流器的主电路结构、工作原理及其设计方法。对于运行海拔高的特点,使用海拔修正的方法对柜内电气绝缘性能进行加强;对于散热工况复杂的特点,选择合理的冷却方案,并对整柜的损耗和散热能力进行精细化热设计,确保其散热能力;对于轻量化要求高的特点,使用模块化布局和有限元结构仿真的方法,在保证结构强度的同时实现轻量化设计。试验表明,牵引变流器能满足各项性能指标要求。

基于复矢量PI调节器的四象限级联型变频器PWM整流控制策略

在分析四象限级联型变频器功率单元数学模型的基础上,以输入和输出瞬时有功功率平衡为控制目标,给出了PWM整流电流指令。为保证各频率电流的准确跟踪,提出了复矢量PI(complex vector PI,CVPI)调节器,实现了各频率电流的完全解耦控制,论证了CVPI调节器相比传统调节器,对谐振频率变化具有更好的鲁棒性。同时,建立了基于卡尔曼(Kalman)滤波的直流母线输出电流辨识模型,实时地辨识电流大小及其频率。构建了功率单元实验平台,对所提控制策略的正确性与可行性进行了实验验证。

一种应用于船舶轴带同步发电机变流器系统的新型PWM整流控制策略

为了降低大型船舶航行时的碳排量和燃油成本,缩短柴油发电系统的运行时间成为一种理想的解决方案,而采用轴带发电系统则能较好地实现这一目标。传统轴带同步发电机变流器系统无法充分利用发电机容量,发电机侧功率因数较低且电流谐波含量高,直流母线电压波动较大,导致逆变侧输出的交流电压幅值不稳定。该文采用一种新型的宽频无刷励磁同步发电机(broad-frequency brushless excite synchronous generator,BFBESG)与四象限变流器(fourquadrant converter,FQC)相结合的方式。在轴带发电机侧,提出基于复矢量PI控制器电流内环和基于瞬时功率平衡的电压平方外环的双闭环变频PWM整流控制策略。采用变频谐振锁相环对发电机端电压进行相位锁定。设计并研制了100 k W轴带同步发电机变流器试验样机。通过样机负载实验验证了所提控制策略的可行性与优越性。

基于可靠性的无二次谐振回路牵引变流器电容优化设计

为保证电容器稳健可靠运行,文章以“复兴号”动车组牵引变流器为研究对象,对无二次谐振回路(简称“无二次回路”)牵引变流器的支撑电容器的基本设计思路进行了阐述,搭建了相应仿真模型,并基于该仿真模型提出了一种基于可靠性的无二次回路牵引变流器支撑电容器参数优化设计方法。其选取由制造、测量等因素引起的电容器容值偏差、网压存在的随机波动作为不确定性来源,以无二次回路牵引变流器中间电压的纹波系数作为约束函数,实现支撑电容器的参数优化设计,得到了更为稳健的电容器设计值,进一步保证了牵引系统的稳健可靠运行。最后,利用该电容器参数可靠性优化结果进行无二次回路牵引变流器设计及试验验证,结果显示,变流器中间电压波动在±5%以内,体积缩小了28.4%,重量减轻了28%,试验验证了该电容设计方法的有效性以及无二次回路牵引变流器的体积、质量优势。

一种基于可变虚拟中矢量的三电平SVPWM调制策略

T型三电平拓扑因具有高效率、低谐波输出等优点而被广泛应用于电能变换器中,其电容中点电压控制的效果将直接影响变流器性能。文章分析了T型三电平主电路中点电压不平衡问题,提出了一种基于变虚拟空间矢量的调制策略,其利用正、负小矢量和中矢量合成的变虚拟中矢量参与空间矢量调制,有效控制了中点电压的偏移。仿真和实验结果验证了该T型三电平拓扑调制策略在地铁系统中应用的可行性与优越性。

SiC器件在城轨车辆牵引系统上的应用研究

SiC器件的高频、高温和高压特性为城轨车辆牵引系统的设计带来了系统应用优势,同时,也带来了一些应用挑战。文章根据SiC器件的特点,分析了城轨车辆牵引系统应用Si C器件后对牵引变流器、牵引电机及控制方式的影响,阐述了对SiC牵引变流器的设计和试验情况。地面试验结果表明,该城轨车辆SiC牵引系统的设计是合理的,能够满足实际应用需求。

牵引变流器撬棒保护电路研究

针对牵引变流器IGBT器件失效故障导致炸损等严重后果的现状,分析了几种常见的IGBT功率模块失效模式,介绍了撬棒保护电路和原理,从电路分析和能量密度仿真角度定性和定量对比了各种失效模式下有无撬棒保护电路的差别,对于防止由于单管短路进而导致桥臂直通、降低故障IGBT功率模块损伤范围、防止已短路失效IGBT器件炸损,通过试验验证了撬棒保护电路的有效性。

250km/h货运动车组牵引变流器

为适应快速货运的发展要求,通过对现有变流器整流、牵引逆变和辅助逆变部分的控制进行优化,设计了250 km/h货运动车组牵引变流器。通过仿真验证,改进后的算法能提高网侧电流信号品质,可减小辅助变流器输出电压谐波含量,并且能改善辅助变流器输出各相电压之间的不平衡度。功能和研究性试验表明温升结果满足实际要求,型式试验验证了250 km/h货运动车组电气系统设计的合理性。

CRH380A动车组自主牵引变流器三电平功率模块研制

为满足CRH380A动车组牵引变流器三电平功率模块自主设计需求,结合三电平功率模块主电路结构特点,完成了三电平功率模块关键技术(IGBT驱动设计、低感复合母排设计和散热设计)的攻关,研制了满足CRH380A使用的自主三电平功率模块。试验和运行结果表明,该三电平IGBT模块性能良好,满足CRH380A高速动车组使用。

基于深度学习和TRIZ的牵引变流器增效设计

在牵引变流器系统设计中,各子系统间存在复杂的多元技术矛盾,而依赖手动查表的传统创新方法难以有效解决这些矛盾。对此,文章将深度学习算法引入发明问题解决理论(TRIZ)中,通过研究基于深度学习和TRIZ原理相结合的协同创新方法,构建TRIZ-CRNN模型,挖掘创新案例中隐含的发明原理,从而实现牵引变流器的协同创新。实验结果显示,TRIZ-CRNN模型在TRIZ创新案例数据集上的识别精度达到99.5%。这验证了该协同创新方法的可行性,其能实现对TRIZ创新机制的智能建模,为牵引变流器技术创新提供理论支撑及解决方案;同时,由于该设计方法基于TRIZ-CRNN的人机交互软件,其不仅提升了计算机辅助创新系统的操作智能化水平,而且还优化了TRIZ-CRNN算法的应用。

一种电力机车快速辨识交、直流供电制式的方法

在交、直流供电制式并存的铁路供电系统中,电力机车需要跟随线路供电制式的变化快速切换牵引系统工作模式,目前常用的供电制式辨识方法主要有人工辨识和网压检测装置辨识两种。文章以AC 25 kV和DC 3 kV两种供电制式为例,针对人工辨识易失误、耗时长的缺点以及网压检测装置辨识存在的通信中断、成本较高的问题,提出一种电力机车快速辨识交、直流供电制式的控制方法,其利用交流网压互感器和电压传感器构建一个双传感器网压信号的采集拓扑结构,并根据交、直流供电制式信号特征的不同通过算法快速辨识出当前的供电制式。试验结果显示,采用该方法的电力机车能在100 ms内准确辨识出线路供电制式并完成牵引系统工作模式切换,相比传统辨识方法,该方法具有更经济、更安全的优势。