低开关频率下混合脉宽调制方法研究

大功率轨道牵引传动系统的开关频率较低,而调速范围较宽,导致了载波比变化范围大,需要设计混合脉宽调制策略以满足要求．本文分析了一种低开关频率下SVPWM和特定谐波消除PWM（SelectiveHarmonic EliminatePWM,SHEPWM）混合脉宽调制方法,即在低频阶段采用异步调制的SVPWM,在高频阶段采用不同载波比的SHEPWM,最后转入方波工况．研究了它们之间的切换条件,实现了异步调制的SVPWM、不同载波比的SHEPWM和方波之间的平滑切换．仿真和实验结果证实了本文的混合调制方法具有较好的谐波特性和SVPWM,以及不同载波比SHEPWM间切换方法的正确性,减小了电流冲击．     

谐波转矩对高速列车齿轮箱体与牵引电机振动特性的影响

为研究机电耦合作用下齿轮箱体和牵引电机的振动幅值、频谱分布及其随高速列车行驶速度的变化趋势, 分析了三相逆变器输出电压谐波频率分布与牵引电机谐波转矩, 建立了传动系统扭振模型; 基于直接转矩控制理论与车辆系统动力学理论, 搭建了牵引电机控制模型和高速列车多体动力学模型; 通过Simulink和SIMPACK联合仿真平台对比了恒力矩输入与含有谐波转矩的力矩输入模型, 分析了不同速度下牵引电机谐波转矩对高速列车齿轮箱体和牵引电机振动特性的影响。分析结果表明: 当高速列车以250 km·h-1的速度匀速运行时, 齿轮箱体大齿轮上方纵向振动、小齿轮上方纵向与垂向振动受牵引电机谐波转矩影响显著, 在700 Hz主频处振动加速度幅值显著增大, 该频率恰为牵引电机输出转矩基波频率的6倍; 在谐波转矩的影响下, 牵引电机在52 Hz主频处横向振动加速度幅值增加52.78%, 在49 Hz主频处垂向振动加速度幅值增加18.95%;随着高速列车速度的增加, 齿轮箱体纵向与牵引电机各向振动加速度逐渐增加, 牵引电机谐波转矩对齿轮箱体纵向振动加速度均方根的影响逐渐减小, 在6倍基波频率处, 齿轮箱体小齿轮上方和牵引电机纵向与垂向振动加速度均先增大后减小, 在速度为250 km·h-1时达到极大值, 且齿轮箱体和牵引电机的垂向振动受6倍基波频率谐波转矩的影响比纵向振动更为明显, 而其横向振动特性几乎不受谐波转矩的影响。      

基于MATLAB的全波傅氏算法仿真

运用MATLAB对传统全波傅氏算法和2种改进算法进行仿真,通过对3种算法频谱图的比较分析,说明2种改进傅氏算法能够有效滤掉故障电流中衰减的直流分量,从而获得更为精确的基波和谐波的幅值.     

消除谐波电流的七相感应电机矢量控制

为了实现对七相感应电机磁链和转矩控制,同时消除定子谐波电流,根据减小空间解耦模型谐波子空间中合成电压矢量的原理,提出了3种消除定子谐波电流的方法,即3次谐波子空间合成矢量为0的SVPWM （space vector pulse width module）A法、3次及5次谐波子空间合成矢量同时为0的SVPWM B法和通过电机闭环控制的UVM （unified voltage module）C法.采用负载调速实验验证了3种控制方法对七相感应电机磁链和转矩的控制效果.结果表明:SVPWM A法和SVPWM B法,在调制深度和转速调节过程中,依靠调整施加矢量顺序和作用时间来实现消谐,效果不理想;UVM C法通过增加谐波子空间电压为0的约束条件,实现闭环控制,消除谐波电流效果较好,在基波含量为52.5 dB情况下,3次和5次谐波含量很低,仅为17.8和9.8 dB.      

基于ZYNQ的谐波检测系统设计

采用基于快速傅里叶变换(fast fourier transform,FFT)的加窗插值算法进行谐波分析。针对目前谐波检测系统存在的运算量大、计算时间长、实时性差等技术瓶颈。提出了使用集成现场可编程逻辑阵列(field-programmable gate array,FPGA)的高速数据处理能力和ARM(advanced RISC machines)高效数字信息管理能力的ZYNQ作为主控芯片的方案。使用FPGA技术实现基于FFT的加窗插值算法,在Vivado平台中建立谐波检测系统,利用Xilinx公司推出的搭载ZYNQ芯片的Zed Board开发板计算出50次以内各次谐波的频率、幅值和相位。将分析结果与Matlab仿真对比,验证了使用该系统进行谐波分析具有较高的精确度。     

牵引电机悬挂参数对高速列车牵引传动部件振动特性的影响

基于车辆系统动力学理论建立包括柔性齿轮箱体与柔性轮对在内的刚柔耦合动力学模型，应用直接转矩控制理论建立了牵引电机控制模型，利用Simpack与Simulink联合仿真平台建立了机电耦合模型；考虑轮轨激励、车辆结构振动与谐波转矩等因素耦合作用，通过机电联合仿真对牵引传动部件振动特性进行了频谱分析，对牵引电机悬挂节点径向刚度、轴向刚度及阻尼在不同量级区间内的取值进行了研究。分析结果表明：在牵引电机谐波转矩和车轮多边形作用下，高速列车牵引传动部件出现较为明显的高频振动，牵引电机悬挂节点径向刚度为20～30 MN·m^-1时，牵引电机垂向振动达到极小值，齿轮箱体与牵引电机在6倍基波频率及车轮转频处振动加速度较小，且径向刚度较小时车辆安全性指标较优；牵引电机悬挂节点轴向刚度为4～6 MN·m^-1时，齿轮箱体与牵引电机受电机谐波转矩及车轮多边形高频激励的影响较小；牵引电机悬挂节点阻尼为0.1～40.0 kN·s·m^-1时，转向架部件振动有效值较小，阻尼的变化对车辆动力学指标的影响甚微，且车辆安全性及平稳性指标较优。     

高速列车随车移动点的脉动风速模拟

以修正Karman风速谱为目标谱, 基于最小信息准则确定线性滤波法自回归模型的阶数, 采用线性滤波法和谐波叠加法模拟了高速列车随车移动点的脉动风速时间历程, 并验证了模拟结果的可靠性, 对比了2种方法模拟脉动风速均值、方差、幅频、相频等特征变量以及风速分布规律的差异, 并分析了2种方法的计算效率。分析结果表明: 采用2种方法得到的脉动风速功率谱密度均围绕目标谱波动; 脉动风速均值约为0, 由于随机数的使用, 使得脉动风速峰值在个别时间点存在差异, 且在低频区域得到的仿真谱差异可能超过50%;不同风向角下计算所得脉动风速均值的差异小于2%, 且脉动风速的分布规律几乎一致; 当列车运行速度为80m·s-1, 且距地面高度10m处平均风速为25m·s-1时, 2种方法得到的脉动风速峰值均值间的差异小于1%, 表明2种方法均适用于模拟高速列车随车移动点的脉动风速; 2种方法所得脉动风速幅值均随脉动风速频率的增大而减小, 相位在-π~π内波动, 脉动风速分布在-3~3m·s-1内的差异仅为0.48%;采用2种方法所得脉动风速点数满足高斯分布, 且高斯分布拟合系数最大差异为3.15%;采用线性滤波法模拟所得脉动风速波动比谐波叠加法大7.89%, 其稳定性劣于谐波叠加法; 采用线性滤波法的计算时间约为谐波叠加法的1/9, 其计算效率远高于谐波叠加法。      

电动磁浮列车用直线谐波发电机发电特性计算

为研究高速磁悬浮车辆直线谐波发电机的发电特性，首先，基于空间谐波法，提出超导线圈的磁动势分布模型，并推导超导线圈在三维空间内磁感应强度分布公式；其次，基于悬浮线圈与超导线圈间的电磁耦合关系，计算悬浮线圈电流的感应磁场，分析得知悬浮线圈五次谐波磁场用于感应集电；然后，将悬浮线圈五次谐波磁场作为集电线圈的激励，推导集电线圈感应电动势的解析式；最后，以日本山梨线MLX01型磁浮列车为工程背景，利用数值解析值、有限元仿真和日本山梨线实测数据进行了对比分析.研究结果表明：超导线圈磁感应强度、感应电动势和集电功率的解析值与有限元仿真、实测数据的相对误差均在10%以内，验证了磁动势分布模型和解析模型的有效性；列车速度大于100 km/h时，悬浮线圈电流及其感应磁场趋于饱和；集电线圈感应电动势与列车运行速度近似呈线性关系，集电功率与速度呈二次非线性关系；列车速度500 km/h时，集电功率为43.3 kW；列车速度在380 km/h时达到25.0 kW的目标集电功率，保证了磁悬浮车辆车载供电的可靠性.     

基于电流极性和相对熵的广域继电保护新算法

为了提高广域继电保护的容错性和灵敏度,结合母线采样值保护和线路故障分量差动保护原理,提出一种基于电流极性和能量相对熵的广域继电保护新算法.首先,对线路IED保护关联域进行划分,针对不同关联域,提取正序工频故障分量电流,并给出关联域边界电流、综合计算电流和综合虚拟电流概念;其次,定义综合电流采样值能量相对熵,量化综合电流的差异程度,同时,通过求取关联域边界电流之间的夹角大小来表征边界电流的极性关系,并利用电流采样值能量相对熵和极性关系识别关联域内外故障;最后,利用PSCAD/EMTDC软件搭建IEEE-3机9节点系统模型,分别在不同故障点设置不同故障类型进行仿真检验算法性能.研究结果表明:在关联域区内故障时,综合电流几乎一样,相对熵值很小,接近为0;边界电流间夹角小于π/2,极性近似相同;区外故障时,综合电流波形及采样值能量差异显著,相对熵值大于1;边界电流间夹角接近于π,极性近似相反,二者差异明显;域内单相接地故障时,在800Ω的高阻条件下,相对熵最大为0.428,夹角最大为0.388,仍能可靠满足判据,具有较高的灵敏度.实验结果验证了本文算法性能基本不受过渡电阻的影响,能较好克服TA饱和、数据畸变等不利因素的影响.     

弹射冲击荷载下高速铁路路基振动加速度时频特性

高速铁路具有运营时速快、平顺性高等特点，将其作为列车机动发射站坪具有一定的优势，其振动加速度作为高铁路基结构破坏的关键参数有重要的研究价值.借助ANSYS有限元分析软件，结合弹塑性理论并引入三维一致粘弹性人工边界及其边界单元，建立半无限长无砟轨道-路基-地基非线性耦合静力学分析模型；在此基础上进行模态分析，得到了模型系统的振型、固有频率，进而建立了动力分析模型，并对比弹性地基梁板模型进行模型验证；基于上述动力分析模型，结合弹射冲击荷载得到了各结构层加速度时域信号；最后，基于EEMD-HHT变换对加速度信号进行时频分析.研究结果表明：各结构层加速度在荷载突变处取得瞬时加速度峰值，在0.17 s处取得加速度幅值；各结构层加速度成分主要分布在0～20 Hz，其中，2 Hz及10 Hz两处有明显峰值，且在2 Hz附近分布最为集中；自密实混凝土层、底座板、基床表层几乎没有发生加速度成分的吸收，而基床底层及以下有较大幅的吸收，因此，应重点关注0～20 Hz超低频范围内的基床表层及以上结构层的动力响应.     

基于TMS320F28335的SHEPWM数字实现

大功率交流传动机车牵引传动系统受器件开关频率的限制,在高速运行区需要采用同步调制的方法．本文对实际应用中最常用的特定消谐PWM（SHEPWM）技术的基本问题进行了深入分析与研究,针对双极性电压型逆变器建立了SHEPWM的数学模型,并在此基础上研究了特定消谐非线性方程组的计算方法及曲线拟合优化方法,以及基于载波方式的数字实现方法,从而简化了SHEPWM的角度计算和数字实现．研究了基于TMS320F28335的特定次谐波消除脉冲生成方法及不同载波比之间的切换条件,最后通过仿真和实验分析、验证了其正确性．     

基于多相整流的船舶电力推进系统谐波抑制

变频器等电力电子设备在船舶电网中的使用,将使变频器输入回路产生大量谐波.为减小谐波对电网的污染,对6脉波、12脉波、24脉波整流器的输入侧电流谐波进行了分析,对船舶电力推进系统不同工况下的网侧电流谐波进行了仿真研究.仿真结果表明,多相整流技术是抑制谐波的有效方法,整流相数越多,变频器注入电网的谐波含量越小;24脉波整流应用在船舶推进系统上可大大减小船舶电网的谐波含量,有效地提高电网品质.     

额定功率下高速机车谐波特性的仿真分析

通过综合分析高速机车脉宽调制(PWM)整流器谐波电压产生的过程和牵引供电系统的谐波阻抗特性,对高速机车以额定功率运行时谐波的动态特性进行了计算和分析.采用双傅立叶级数和Bessel函数推导出PWM整流器谐波电压的计算式;基于分布参数模型导出了接触网谐波阻抗的表达式,进而对串联、并联谐振进行了分析.在此基础上,对机车在额定功率下的谐波电压和谐波电流进行了仿真计算和频谱分析.结果表明:谐波电压和谐波电流的频谱特性均与机车位置有关,尤其是谐波电流的变化更大;特定次谐波在特定线路位置发生串联谐振,且谐振位置随机车位置变化;谐波电流含量很小,主要集中在3～9次低次谐波和发生串联谐振的频带.     

CPS-SPWM在模块组合多电平变换器中的应用

模块组合多电平变换器（MMC）是一种新的拓扑结构,MMC的输出波形为多电平,有效降低了开关器件的物理开关频率和开关损耗;MMC所特有的模块化结构使其设计灵活,利于普及．本文分析了MMC的结构和工作原理,研究了载波移相脉宽调制技术（CarrierPhase—ShiftedSPWM,CPS-SPWM）在MMC中的应用特点,在此基础上提出了CPS-SPWM在MMC中的具体实现方法,仿真结果表明基于CPS-SPWM的MMC具有较大的传输带宽和较高的等效开关频率,有效抑制和消除了低次谐波,CPS-SPWM是一种适合于MMC的调制技术．     

矩阵变换器调制策略的鲁棒性研究

矩阵变换器是一种没有中间直流环节的交一交直接变换器，其输入电压的畸变容易影响到输出电压的质量，输出电流的谐波也会通过变换器反馈到输入电流中来，通过对矩阵变换器间接空间矢量法调制策略的研究，提出了调制策略的实时调整原则，该原则能增强矩阵变换器工作的鲁棒性，使矩阵变换器在输入电压不对称、输入电压有谐波等非理想输入电压下，仍然输出理想的三相对称正弦电压，从而在电网电压不理想的情况下，为矩阵变换器的负载提供理想的电压源。     

磁通门罗盘的数字信号处理方法

为提高磁通门罗盘的指向精度和稳定性,提出了磁通门罗盘的数字信号处理方法。利用微处理器直接产生激励信号,通过模数转换采集磁通门传感器感应的磁场信号,对所采集的原始信息进行傅里叶变换获取偶次谐波,得到罗盘方位值。计算结果表明:二次谐波的波形幅度在各偶次谐波中最大,其提取精度至少提高5倍,而且采用多个偶次谐波并行使用解算方位的方法,降低了原始噪声,增大了原始信息的利用率,提高了磁通门传感器的灵敏度,因此,数字信号处理方法可行。     

一种新颖滞环PWM控制技术的仿真研究

随着电力电子技术的发展,变流器及其控制策略在交流传动领域得到了广泛应用。对电压型逆变器来说,电流滞环跟踪PwM控制是一种实现简单、运行可靠的控制技术,但传统的电流滞环控制,负载电流在开关频率频带上的谐波失真较大,通过采用一种随机带宽滞环控制的方法,可以扩展负载电流在开关频率旁频带附近的带宽,减小负载电流的谐波失真。仿真结果验证了该方法的正确性和可行性.