四象限变流器的控制方法及系统与流程
本发明涉及牵引供电技术领域，尤其涉及一种四象限变流器的控制方法及系统。
背景技术：
随着高速铁路迅猛发展，其安全运营也日益受到重视。现如今，屡次发生的“车-网”振荡现象是威胁高速铁路系统安全运营的重要因素。“车-网”振荡现象包括：列车在升弓整备过程中发生的低频振荡现象，以及列车运行过程中发生的高频振荡现象。当牵引供电系统发生振荡时，系统阻尼降低，并进入临界稳定甚至不稳定的状态，严重危害列车安全运营。
现有技术中，对于“车-网”振荡现象的抑制措施多从硬件手段出发，例如：在列车牵引供电系统中加装滤波器，滤除由于振荡产生的过电压及过电流。
然而，上述的抑制“车-网”振荡现象的方法增加了设备的成本，并且不能够从根源解决问题，抑制“车-网”振荡现象的效果不好。
技术实现要素：
本发明提供一种四象限变流器的控制方法及系统，从软件控制的角度出发，能够实时抵消“车-网”系统中的振荡量，增大系统阻尼，使得列车在原本振荡的系统中保持稳定。
第一方面，本发明提供一种四象限变流器的控制方法，包括：
对四象限变流器的实际网侧交流电流进行采样，得到采样电流；
根据所述采样电流，获取阻尼补偿因子，所述阻尼补偿因子用于指示所述采样电流的振荡量；
将所述阻尼补偿因子作为负反馈，通过所述四象限变流器的电流环对输入所述电流环的基准网侧交流电流进行补偿。
可选的，所述根据所述采样电流，获取阻尼补偿因子，包括：
根据所述采样电流的d轴分量，获取阻尼补偿因子。
可选的，所述根据所述采样电流的d轴分量，获取阻尼补偿因子，包括：
采用高通滤波器对所述采样电流的d轴分量进行滤波，将滤波结果作为阻尼补偿因子。
可选的，所述四象限变流器的电流环包括d轴电流环和q轴电流环；
所述将所述阻尼补偿因子作为负反馈，通过所述四象限变流器的电流环对输入所述电流环的基准网侧交流电流进行补偿，包括：
将所述阻尼补偿因子作为负反馈，通过所述四象限变流器的d轴电流环对输入所述电流环的基准网侧交流电流进行补偿。
可选的，所述将所述阻尼补偿因子作为负反馈，通过所述四象限变流器的d轴电流环对输入所述电流环的基准网侧交流电流进行补偿，包括：
获取所述基准网侧交流电流的d轴分量；
将所述阻尼补偿因子和所述基准网侧交流电流的d轴分量输入所述电流环进行补偿。
可选的，所述电流环包括：电流pi控制器、延时控制器、绝缘栅双极型晶体管igbt开关等效模型、四象限变流器模型。
可选的，所述将所述阻尼补偿因子作为负反馈，通过所述四象限变流器的电流环对输入所述电流环的基准网侧交流电流进行补偿之前，所述方法还包括：
获取锁相环锁定的网侧电压的相位和频率；
将与所述相位和频率相同的电流作为所述基准网侧交流电流。
第二方面，本发明提供一种四象限变流器的控制系统，包括：
采样模块，用于对四象限变流器的实际网侧交流电流进行采样，得到采样电流；
获取模块，用于根据所述采样电流，获取阻尼补偿因子，所述阻尼补偿因子用于指示所述采样电流的振荡量；
反馈模块，用于将所述阻尼补偿因子作为负反馈，通过所述四象限变流器的电流环对输入所述电流环的基准网侧交流电流进行补偿。
可选的，所述获取模块，具体用于根据所述采样电流的d轴分量，获取阻尼补偿因子。
可选的，所述获取模块，具体用于采用高通滤波器对所述采样电流的d轴分量进行滤波，将滤波结果作为阻尼补偿因子。
可选的，所述四象限变流器的电流环包括d轴电流环和q轴电流环；
所述反馈模块，具体用于将所述阻尼补偿因子作为负反馈，通过所述四象限变流器的d轴电流环对输入所述电流环的基准网侧交流电流进行补偿。
可选的，所述反馈模块，具体用于获取所述基准网侧交流电流的d轴分量；
将所述阻尼补偿因子和所述基准网侧交流电流的d轴分量输入所述电流环进行补偿。
可选的，所述电流环包括：电流pi控制器、延时控制器、绝缘栅双极型晶体管igbt开关等效模型、四象限变流器模型。
可选的，所述控制系统还包括：
确定模块，用于获取锁相环锁定的网侧电压的相位和频率；
将与所述相位和频率相同的电流作为所述基准网侧交流电流。
第三方面，本发明提供一种四象限变流器的控制系统，包括：至少一个处理器和存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如第一方面任一项所述的四象限变流器的控制方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如第一方面任一项所述的四象限变流器的控制方法。
本发明提供的四象限变流器的控制方法及系统，该方法对四象限变流器的实际网侧交流电流进行采样，得到采样电流；根据所述采样电流，获取阻尼补偿因子，所述阻尼补偿因子用于指示所述采样电流的振荡量；将所述阻尼补偿因子作为负反馈，通过所述四象限变流器的电流环对输入所述电流环的基准网侧交流电流进行补偿；该方法无需增加多余的硬件，只需在软件上进行电流控制，与现有技术相比，降低了硬件成本，实现方式简单灵活；进一步的，将用于指示网侧振荡量的阻尼补偿因子作为负反馈，对输入电流环的基准网侧交流电流进行补偿，可以实时抵消“车-网”系统中的振荡量，增大系统阻尼，从而列车在保持自身系统稳定的同时，不继续加剧“车-网”系统的原有振荡，并起到一定抑制“车-网”系统继续振荡的作用。
附图说明
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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中列车牵引供电系统的结构示意图；
图2为本发明提供的四象限变流器的控制方法实施例一的流程图；
图3为本发明实施例的四象限变流器的主电路图；
图4为本发明提供的四象限变流器的控制方法实施例二的流程图；
图5为本发明实施例二中四象限变流器d轴电流环的控制原理图；
图6为本发明提供的四象限变流器的控制系统实施例一的结构示意图；
图7为本发明提供的四象限变流器的控制系统实施例二的结构示意图。
具体实施方式
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。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1为本发明实施例中列车牵引供电系统的结构示意图，如图1所示，列车牵引供电系统包括：受电弓、高压电器、牵引变压器、四象限变流器和电机，其中，受电弓从外部电源接收高压交流电(例如25kv)，通过高压电器传输至牵引变压器，牵引变压器将高压交流电进行降压处理，得到适合列车供电的低压交流电，然后，四象限变流器将低压交流电转换为直流电带动电机运转。其中，四象限变流器将交流电转换为直流电的过程是根据控制器的控制进行转换的。
列车在运营过程中，可能会发生“车-网”振荡现象，例如：列车在升弓整备过程中发生的低频振荡现象，以及列车运行过程中发生的高频振荡现象。当牵引供电系统发生振荡时，系统阻尼降低，并进入临界稳定甚至不稳定的状态，严重危害列车安全运营。
现有技术中，对于“车-网”振荡现象的抑制措施多从硬件手段出发，例如：在列车牵引供电系统中加装滤波器，滤除由于振荡产生的过电压及过电流。然而，上述的抑制“车-网”振荡现象的方法增加了硬件成本，并且不能够从根源解决问题，抑制“车-网”振荡现象的效果不好。
本发明提供一种四象限变流器的控制方法及系统，可以由图1所示的控制器执行，从软件控制的角度出发，当“车-网”系统发生轻微振荡时，实时抵消“车-网”系统中的振荡量，增大系统阻尼，使得列车在原本振荡的系统中保持稳定，不扩大原有振荡，并起到一定抑制“车-网”系统继续振荡的作用。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图2为本发明提供的四象限变流器的控制方法实施例一的流程图，本实施例的方法可由图1所示的控制器执行。如图2所示，本实施例的方法，可以包括：
s201：对四象限变流器的实际网侧交流电流进行采样，得到采样电流。
图3为本发明实施例的四象限变流器的主电路图，如图3所示，供电电源为接触网25kv，经过牵引变压器降压为us，牵引变压器的漏感为l，实际网侧交流电流为is，q1～q4是四个绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)开关管，桥臂端点分别为a、b，直流侧支撑电容cd，组成二次谐振回路的元件为电感l2和电容c2，直流侧电压为udc。
结合图3，具体实现时，对四象限变流器的实际网侧交流电流is进行采样，得到采样电流is。
需要说明的是，图3所示的四象限变流器的主电路图仅为一种示例，本发明提供的四象限变流器的控制方法可以适用于任一种四象限变流器。另外，本实施例以及后续实施例所述的四象限变流器可应用于所有轨道车辆的牵引供电系统，包括但不限于高速铁路列车。
s202：根据所述采样电流，获取阻尼补偿因子，所述阻尼补偿因子用于指示所述采样电流的振荡量。
s203：将所述阻尼补偿因子作为负反馈，通过所述四象限变流器的电流环对输入所述电流环的基准网侧交流电流进行补偿。
在理想情况下，“车-网”系统无振荡，采样电流is中不包括振荡量。但是，当“车-网”系统发生振荡时，获取的采样电流is中会包括由于“车-网”振荡引起的振荡量。本实施例中，根据采样电流，将所述由于“车-网”振荡引起的振荡量从所述采样电流中取出，作为阻尼补偿因子。
可以理解的，根据采样电流，可以有多种方法提取出采样电流中的振荡量。一种可选的方式中，根据所述采样电流的d轴分量，获取阻尼补偿因子。
具体的，将采样电流进行派克park变换，将采样电流从abc坐标系转换为dq坐标系，将采样电流等效到d轴和q轴上。这样，采样电流的d轴分量中包括了直流量，以及由于“车-网”振荡引入的振荡量。进而，可以通过滤波等方式将振荡量提取出来，作为阻尼补偿因子。
进一步的，将阻尼补偿因子作为负反馈，通过四象限变流器的电流环对输入电流环的基准交流电流进行补偿。
由于阻尼补偿因子指示了采样电流的振荡量，将阻尼补偿因子作为负反馈，对输入电流环的基准电流进行补偿，使得阻尼补偿因子可以实时抵消“车-网”系统中的振荡量，增大系统阻尼，从而列车在保持自身系统稳定的同时，不继续加剧“车-网”系统的原有振荡，并起到一定抑制“车-网”系统继续振荡的作用。
本实施例中，在s203之前，还可以包括：获取锁相环锁定的网侧电压的相位和频率；将与所述相位和频率相同的电流作为所述基准网侧交流电流。
具体的，四象限变流器采用双闭环的控制方法，其中电压环作为外环控制，电流环作为内环控制。电压外环采用pi控制，使得实际输出的直流电压跟踪给定电压值，从而保持直流侧电压稳定。电流内环采用电流pi控制，锁相环检测网侧电压，所得到的网侧电压的相位和频率作为基准网侧交流电流的相位和频率。与网侧电压同频率同相位的电流作为电流内环的输入信号，使得实际网侧交流电流跟踪基准网侧交流电流，实现对电流的控制。
本实施例中，通过对四象限变流器的实际网侧交流电流进行采样，得到采样电流；根据所述采样电流，获取阻尼补偿因子，所述阻尼补偿因子用于指示所述采样电流的振荡量；将所述阻尼补偿因子作为负反馈，通过所述四象限变流器的电流环对输入所述电流环的基准网侧交流电流进行补偿；本实施例的方法，无需增加多余的硬件，只需在软件上进行电流控制，与现有技术相比，降低了硬件成本，实现方式简单灵活；进一步的，将用于指示网侧振荡量的阻尼补偿因子作为负反馈，对输入电流环的基准网侧交流电流进行补偿，可以实时抵消“车-网”系统中的振荡量素，增大系统阻尼，从而列车在保持自身系统稳定的同时，不继续加剧“车-网”系统的原有振荡，并起到一定抑制“车-网”系统继续振荡的作用。
图4为本发明提供的四象限变流器的控制方法实施例二的流程图，在上述实施例的基础上，本实施例对于四象限变流器的电流环的控制过程进行详细描述。如图4所示，本实施例的方法，可以包括：
s401：对四象限变流器的实际网侧交流电流进行采样，得到采样电流。
本实施例的s401的具体实施方式，与上述实施例中的s201类似，此处不再赘述。
s402：采用高通滤波器对所述采样电流的d轴分量进行滤波，将滤波结果作为阻尼补偿因子。
其中，本实施例中采用截止频率较低的高通滤波器，该高通滤波器的主要目的是滤除直流分量，得到振荡分量。本实施例以及后续实施例中，如无特别说明，所述的高通滤波器均指的是截止频率较低的高通滤波器。
由于采样电流的d轴分量中包括了直流部分和振荡部分，可以通过高通滤波器对采样电流的d轴分量进行滤波，将直流部分滤除，将滤波结果(振荡部分)作为阻尼补偿因子。
s403：将所述阻尼补偿因子作为负反馈，通过所述四象限变流器的d轴电流环对输入所述电流环的基准网侧交流电流进行补偿。
本实施例中，四象限变流器采用双闭环的控制方法，其中电压环作为外环控制，电流环作为内环控制，均采用简单易实现的pi控制方法。其中，电流环采用d轴和q轴分别控制，即在d轴进行电流pi控制，在q轴进行电流pi控制。
将阻尼补偿因子作为负反馈，通过d轴电流环对输入所述电流环的基准网侧交流电流进行补偿。一种可选的实施方式中，获取基准网侧交流电流的d轴分量，将所述阻尼补偿因子和所述基准网侧交流电流的d轴分量输入所述电流环进行补偿。
图5为本发明实施例二中四象限变流器d轴电流环的控制原理图，如图5所示，id为采样电流(即图3中的实际网测交流电流is)的d轴分量，id_ref为基准网侧交流电流的d轴分量，ed为网侧电压us的d轴分量。
一种可选的实施方式中，所述电流环可以包括：电流pi控制器、延时控制器、igbt开关等效模型、四象限变流器模型。
结合图3和图5所示，gi(s)为电流pi控制器，
其中，s为传递函数，ti为截止频率的导数，kpwn为igbt开关等效增益，l为牵引变压器的漏感，r为四象限变流器的等效内阻。
进一步的，如图5所示，s402中对采样电流的d轴分量进行滤波的高通滤波器可以为
本实施例中，通过对四象限变流器的实际网侧交流电流进行采样，得到采样电流；采用高通滤波器对所述采样电流的d轴分量进行滤波，将滤波结果作为阻尼补偿因子；将所述阻尼补偿因子作为负反馈，通过所述四象限变流器的d轴电流环对输入所述电流环的基准网侧交流电流进行补偿；本实施例的方法，无需增加多余的硬件，只需在软件上进行电流控制，与现有技术相比，降低了硬件成本，且简单易操作；进一步的，将用于指示网侧振荡量的阻尼补偿因子作为负反馈，对输入电流环的基准网侧交流电流进行补偿，可以实时抵消“车-网”系统中的振荡量，增大系统阻尼，从而列车在保持自身系统稳定的同时，不继续加剧“车-网”系统原有振荡，并起到一定抑制“车-网”系统继续振荡的作用。
图6为本发明提供的四象限变流器的控制系统实施例一的结构示意图，如图6所示，本实施例的四象限变流器的控制系统600，可以包括：采样模块601、获取模块602、反馈模块603。
其中，采样模块601，用于对四象限变流器的实际网侧交流电流进行采样，得到采样电流。
获取模块602，用于根据所述采样电流，获取阻尼补偿因子，所述阻尼补偿因子用于指示所述采样电流的振荡量。
反馈模块603，用于将所述阻尼补偿因子作为负反馈，通过所述四象限变流器的电流环对输入所述电流环的基准网侧交流电流进行补偿。
可选的，获取模块602，具体用于根据所述采样电流的d轴分量，获取阻尼补偿因子。
可选的，获取模块602，具体用于采用高通滤波器对所述采样电流的d轴分量进行滤波，将滤波结果作为阻尼补偿因子。
可选的，所述四象限变流器的电流环包括d轴电流环和q轴电流环；反馈模块603，具体用于将所述阻尼补偿因子作为负反馈，通过所述四象限变流器的d轴电流环对输入所述电流环的基准网侧交流电流进行补偿。
可选的，反馈模块603，具体用于获取所述基准网侧交流电流的d轴分量；将所述阻尼补偿因子和所述基准网侧交流电流的d轴分量输入所述电流环进行补偿。
可选的，所述电流环包括：电流pi控制器、延时控制器、绝缘栅双极型晶体管igbt开关等效模型、四象限变流器模型。
可选的，如图6所示，本实施例的控制系统还可以包括：确定模块604，用于获取锁相环锁定的网侧电压的相位和频率；将与所述相位和频率相同的电流作为所述基准网侧交流电流。
本实施例的四象限变流器的控制系统，可以实现上述任一方法实施例中的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图7为本发明提供的四象限变流器的控制系统实施例二的结构示意图，如图7所示，本实施例的四象限变流器的控制系统700，可以包括：至少一个处理器701和存储器702。其中，处理器701、存储器702通过总线703连接。
在具体实现过程中，至少一个处理器701执行所述存储器702存储的计算机执行指令，使得至少一个处理器701执行上述任一方法实施例中的四象限变流器的控制方法。
处理器701的具体实现过程可参见上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。
在上述的图7所示的实施例中，应理解，处理器可以是中央处理单元(英文：centralprocessingunit，简称：cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：digitalsignalprocessor，简称：dsp)、专用集成电路(英文：applicationspecificintegratedcircuit，简称：asic)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
存储器可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储nvm，例如至少一个磁盘存储器。
总线可以是工业标准体系结构(industrystandardarchitecture，isa)总线、外部设备互连(peripheralcomponent，pci)总线或扩展工业标准体系结构(extendedindustrystandardarchitecture，eisa)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本申请附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现上述任一方法实施例中的四象限变流器的控制方法。
上述的计算机可读存储介质，上述可读存储介质可以是由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(sram)，电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，可擦除可编程只读存储器(eprom)，可编程只读存储器(prom)，只读存储器(rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。可读存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
一种示例性的可读存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该可读存储介质读取信息，且可向该可读存储介质写入信息。当然，可读存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和可读存储介质可以位于专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuits，简称：asic)中。当然，处理器和可读存储介质也可以作为分立组件存在于设备中。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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