电力电子牵引变压器控制策略研究

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1、电力电子牵引变压器控制策略研究摘要：现有高速列车广泛采用传统铁芯式变压器，但由于其体积重量大的缺点，限制了高速列车的发展。将电力电子变压器应用到列车牵引变压器中，可以有效减小变压器的体积重量，提高牵引传动系统的效率。本文提出了一种多个单元模块级联的电力电子牵引变压器电路拓扑结构设计方案，并提出了单元模块的控制策略以及各个单元模块之间的功率平衡控制方法，在此基础上利用Matlab/Simulink搭建了系统仿真模型，仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。关键词：电力电子牵引变压器；单相脉冲整流器；DC/DC变换器；载波移相控制TheControlStrategyofPowerElectronic

2、TractionTransformerAbstract:Nowadays,thetraditionalcoretransformeriswidelyusedinhigh-speedtrains,butitsdisadvantageoflargevolumeandweighthindersthedevelopmentofhigh-speedtrains.Thepowerelectronictransformerisappliedtothehigh-speedtraintractiontransformerthatcanreducethevolumeandweightofthetractiontr

3、ansformerandimprovetheefficiencyofthetractiondrivesystem.Thispaperpresentsacircuittopologydesignofpowerelectronictractiontransformerincludinganumberofcascadeunits,andpresentsthecontrolmethodofasingleunitandthecontrolstrategyofpowerbalancebetweenvariousunits・Onthisbasis,asimulationmodelofMatlab/Sim

4、ulinkenvironmentisbuilt;thesimulationresultsshowtheeffectivenessofthecontrolstrategy.Keywords:powerelectronictransfonner;Single-phasepulserectifier;DC/DCconverter;Carrierphaseshiftcontrol1引言现阶段，我国高速列车的牵引传动系统普遍采用传统铁芯式变压器。铁芯式变压器具有制作工艺简单，可靠性高等优点，但是它的缺点却也是十分明显的，如体积重量大、空载损耗大，这些缺点已经阻碍了当今高速铁路的发展。随着高速列车速度的提

5、高，势必需要更大的牵引力，而车载牵引变压器的安装空间又十分有限，这使牵引变压器需要更大的安装容量和有限的安装空间之间的孑盾更加突出，所以牵引变压器的小型化也是牵引变压器的发展方向。随着大功率电力电子元器件及控制技术的发展，电力电子变压器得到了越來越多的关注，作为一种新型的能量转换设备，与传统的变压器相比，电力电子变压器具有体积小重量轻，空载损耗小等优点。将电力电子变压器应用到高速列车的牵引变压器屮，不仅可以减小牵引变压器的体积、重量，同时还可以使变压器的一二次电压电流和功率均高度可控，兼有断路器的功能，同时大功率电力电子器件可在几微秒内关断故障大电流，也无需常规的变压器继电保护装置。电力电子牵

6、引变压器通过电力电子器件和电力电子变流技术，对能量进行转换与控制，能够代替传统的国家高技术研究发展计划(863计划)(2012AAI12001-06)。铁芯式变压器，它具备解决高速列车中许多问题的能力，应用前景广阔。2电力电子牵引变压器主电路拓扑电力电子牵引变压器的常用拓扑结构由N个单元并联而成，每个单元由中频变压器高压侧电路、中频变压器以及屮频变压器低压侧电路构成。根据中频变压器高压侧变换器的不同设计，有三种技术方案可供选择⑴忙第一种方案是中频变压器高压侧采用一种称为周波变换器的直接变换器，实现频率的升高，但是周波变换器控制较为复杂，所以本文在设计屮放弃了该拓扑结构；第二种方案是屮频变压器

7、高压侧采用矩阵变换器变换器，实现频率的升高，该方案无法实现对输入电流的直接控制，电流环动态性能差，兀余设计不容易实现，而且需要的多绕组变压器制作工艺较为复杂，不易使用，所以本文也放弃了该种拓扑结构;第三种方案是屮频变压骼高压侧采用有直流环节的AC/DC/AC变换器，这是本文屮采用的设计方案。本文中电力电子牵引变压器采用的拓扑结构如图1所示。整个系统由多个输入串联、输出并联的单元模块级联构成。在每个