一种电力牵引系统及其控制方法

本发明涉及电力牵引，尤其涉及一种电力牵引系统及其控制方法。

背景技术：

1、电力牵引是以电能为动力驱动电力机车或电动车组运行的一种动力形式，其具有起动快、速度和效率高、运输量大、运营成本低和对环境污染小等优点，已获得广泛应用。但是，电力牵引系统工作时存在电磁干扰，牵引系统复杂且工况具有不确定性，因此牵引系统的被控对象对控制算法的要求较高。

2、模型预测控制算法可以把优化和反馈机制合理结合起来，在实现控制性能优化的同时兼顾不确定性的影响，因此广泛地应用于电力牵引这类复杂系统的控制算法中。

3、然而，模型预测控制算法在选取电压矢量时需要利用目标函数对所有的电压矢量进行迭代计算，迭代计算的计算量较大，这也导致电力牵引系统的响应速度和稳定性较差。

技术实现思路

1、本发明提供了一种电力牵引系统及其控制方法，以提高电力牵引系统的响应速度和稳定性。

2、根据本发明的一方面，提供了一种电力牵引系统控制方法，该电力牵引系统控制方法包括：

3、获取电机数学模型、第一电流、第二电流和电压矢量扇区划分图；其中，所述第一电流、所述第二电流分别为当前时刻所述电机在同步旋转坐标系中的d轴分量电流和q轴分量电流，所述电压矢量扇区划分图包括两个零电压矢量和多个边界电压矢量，多个所述边界电压矢量构成多个扇区；

4、根据所述电机数学模型、所述第一电流和所述第二电流计算参考电压矢量角度；

5、根据所述参考电压矢量角度和所述电压矢量扇区划分图确定第一电压矢量、第二电压矢量和所需零电压矢量；

6、根据所述第一电压矢量、所述第二电压矢量和所述所需零电压矢量计算合成电压矢量；

7、根据所述合成电压矢量驱动所述电机。

8、可选地，所述电机为直线感应电机，所述获取电机数学模型的具体方法包括：

9、获取所述电机的模型参数；其中，所述模型参数包括电机的等效励磁电感、初级回路电感、次级回路电感、初级电阻、次级电阻、同步旋转坐标系中的d轴分量电流和q轴分量电流、同步旋转坐标系中的d轴分量电压和q轴分量电压、同步旋转坐标系中的d轴分量次级磁链和q轴分量次级磁链、同步角速度和次级运动角速度；

10、根据所述电机的模型参数建立所述电机数学模型。

11、可选地，所述根据所述电机数学模型、所述第一电流和所述第二电流计算参考电压矢量角度的具体方法包括：

12、获取所述电机在当前时刻的电流参考值；

13、根据所述电机在当前时刻的电流参考值、所述电机数学模型、所述第一电流和所述第二电流计算当前时刻所述电机的第一电压参考值和第二电压参考值；其中，所述第一电压参考值、所述第二电压参考值分别为当前时刻所述电机在两相静止坐标系中α轴的电压值和β轴的电压值；

14、根据所述第一电压参考值和所述第二电压参考值计算参考电压矢量角度。

15、可选地，所述根据所述电机在当前时刻的电流参考值、所述电机数学模型、所述第一电流和所述第二电流计算当前时刻所述电机的第一电压参考值和第二电压参考值的具体方法包括：

16、根据所述电机数学模型、所述第一电流和所述第二电流计算当前时刻所述电机的电压模型；

17、根据所述电机在当前时刻的电流参考值和所述电压模型计算当前时刻的参考电压矢量在同步旋转坐标系中的d轴分量和q轴分量；

18、根据所述当前时刻的参考电压矢量在同步旋转坐标系中的d轴分量、q轴分量分别计算所述第一电压参考值和第二电压参考值。

19、可选地，所述根据所述参考电压矢量角度和所述电压矢量扇区划分图确定第一电压矢量、第二电压矢量和所需零电压矢量的具体方法包括：

20、若所述参考电压矢量角度为整数倍的预设扇区角度，则选取与所述参考电压矢量角度对应的边界电压矢量为第一电压矢量，选取与所述参考电压矢量角度对应的边界电压矢量相邻的任一边界电压矢量为所述第二电压矢量，并根据所述第一电压矢量和所述第二电压矢量确定所需零电压矢量；

21、若所述参考电压矢量角度为非整数倍的预设扇区角度，则选取与所述参考电压矢量角度相邻的下一个边界电压矢量为所述第一电压矢量，选取与所述参考电压矢量角度相邻的上一个边界电压矢量为所述第二电压矢量，并根据所述第一电压矢量和所述第二电压矢量确定所需零电压矢量。

22、可选地，所述电机由逆变器控制，所述根据所述第二电压矢量确定所需零电压矢量的具体方法包括：

23、判断逆变器在所述第一电压矢量、所述第二电压矢量和第一个零电压矢量下各开关管的切换次数是否小于逆变器在所述第一电压矢量、所述第二电压矢量和第二个零电压矢量下各开关管的切换次数；

24、若是，则将第一个零电压矢量作为所述所需零电压矢量；

25、若否，则将第二个零电压矢量作为所述所需零电压矢量。

26、可选地，所述参考电压矢量角度为非整数倍的预设扇区角度，所述根据所述第一电压矢量、所述第二电压矢量和所述所需零电压矢量计算合成电压矢量的具体方法包括：

27、获取所述第一电压矢量与参考电压矢量在两相静止坐标系中的第一误差、所述第二电压矢量与参考电压矢量在两相静止坐标系中第二误差和所述所需零电压矢量与参考电压矢量在两相静止坐标系中第三误差；

28、根据所述第一误差和所述第一电压矢量计算第一电压矢量占空比；

29、根据所述第二误差和所述第二电压矢量计算第二电压矢量占空比；

30、根据所述第三误差和所述所需零电压矢量计算零电压矢量占空比；

31、根据所述第一电压矢量占空比、所述第二电压矢量占空比和所述零电压矢量占空比计算合成电压矢量。

32、可选地，所述参考电压矢量角度为整数倍的预设扇区角度，所述根据所述第一电压矢量、所述第二电压矢量和所述所需零电压矢量计算合成电压矢量的具体方法包括：

33、将所述第二电压矢量的占空比计为零；

34、获取所述第一电压矢量在两相静止坐标系中α轴的电压值与所述参考电压矢量在两相静止坐标系中α轴的电压值间的第四误差和所述所需零电压矢量在两相静止坐标系中α轴的电压值与所述参考电压矢量在两相静止坐标系中α轴的电压值间的第五误差；

35、根据所述第四误差和所述第一电压矢量计算第一电压矢量占空比；

36、根据所述第五误差和所述所需零电压矢量计算零电压矢量占空比；

37、根据所述第一电压矢量占空比和所述零电压矢量占空比计算合成电压矢量。

38、可选地，在计算所述第一电压矢量占空比、所述第二电压矢量占空比和所述零电压矢量占空比之后，还包括：

39、若所述零电压矢量占空比小于零，则对所述第一电压矢量占空比、所述第二电压矢量占空比和所述零电压矢量占空比进行修正。

40、根据本发明的另一方面，还提供了一种电力牵引系统，该电力牵引系统包括：

41、至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

42、其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行以上任一实施例所述的电力牵引系统控制方法。

43、本发明实施例通过电机数学模型、第一电流和第二电流对参考电压矢量角度进行计算，利用参考电压矢量角度和电压矢量扇区划分图选定电压矢量（包括第一电压矢量、第二电压矢量和所需零电压矢量），并根据选定的电压矢量计算合成电压矢量，通过合成电压矢量对电机进行驱动，从而实现对电机的控制。与现有技术相比，本发明实施例在对电压矢量进行选定时无需对各电压矢量进行迭代，减少了电力牵引系统在控制过程中的计算量，有利于提高电力牵引系统的响应速度和稳定性。

44、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。