CN106541829B - 轨道车辆辅助供电装置及其控制方法 - Google Patents

轨道车辆辅助供电装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种轨道车辆辅助供电装置及其控制方法，装置包括：整流器、逆变器、第一控制器、第二控制器，整流器接入单相交流电压电源，并将单相交流电压转变为直流电压；逆变器与所述整流器连接，将整流器输出的直流电压转变为三相交流电压；通过第一控制器与整流器连接，使整流器输出的直流电压稳定在第一电压给定值；并通过第二控制器与逆变器连接，使所述逆变器输出的三相交流电压稳定在第二电压给定值，从而使得轨道车辆辅助供电装置获得电压稳定的供电电压，以解决现有技术中轨道车辆辅助供电装置的整流器的直流侧电压出现波动，而造成的轨道车辆辅助供电装置的供电电压的稳定性变差的问题。

Description

轨道车辆辅助供电装置及其控制方法
技术领域
本发明实施例涉及车辆供电领域，尤其涉及一种轨道车辆辅助供电装置及其控制方法。
背景技术
轨道车辆辅助供电装置是动车、高铁、地铁、电力机车等轨道车辆的重要组成部分，它为轨道车辆的空调、制动空压机、充电机等设备提供供电电压，它是轨道车辆稳定、可靠运行的基础。
现有技术中，轨道车辆的牵引逆变器与轨道车辆辅助供电装置的逆变器需要共同从轨道车辆辅助供电装置的整流器的直流侧取电，但是由于牵引逆变器的起停会造成轨道车辆辅助供电装置的整流器的直流侧电压出现波动，从而造成轨道车辆辅助供电装置的供电电压的稳定性变差。
发明内容
本发明提供一种轨道车辆辅助供电装置及其控制方法，以解决由于牵引逆变器的起停会造成轨道车辆辅助供电装置的整流器的直流侧电压出现波动，从而造成轨道车辆辅助供电装置的供电电压的稳定性变差的问题。
第一方面，本发明提供一种轨道车辆辅助供电装置，包括：整流器、逆变器、第一控制器、第二控制器；
所述整流器用于接入单相交流电压电源，并将所述单相交流电压转变为直流电压；
所述逆变器与所述整流器连接，用于将所述整流器输出的直流电压转变为三相交流电压；
所述第一控制器与所述整流器连接，用于使所述整流器输出的直流电压稳定在第一电压给定值；
所述第二控制器与所述逆变器连接，用于使所述逆变器输出的三相交流电压稳定在第二电压给定值。
可选地，所述整流器包括四个绝缘栅双极型晶体管IGBT；所述第一控制器，包括：直流电压外环控制模块、第一调制波计算模块、第一正弦脉冲宽度调制SPWM模块；所述整流器上设置有第一电压传感器，所述直流电压外环控制模块用于从所述第一电压传感器接收所述整流器的输出电压的瞬时值，并根据所述整流器的所述第一电压给定值，计算得到第一调制量；所述一调制波计算模块与所述直流电压外环控制模块连接，用于接收所述第一调制量，对所述第一调制量进行信号调制，计算得到第一调制波信号；所述第一SPWM模块分别与所述第一调制波计算模块和所述四个IGBT连接，用于接收所述第一调制波信号，并根据所述第一调制波信号计算得到四路第一PWM脉冲驱动信号，以使所述整流器的四个所述IGBT根据所述第一PWM脉冲驱动信号输出的直流电压值稳定在所述第一电压给定值的直流电压。
可选地，所述第一控制器，还包括：锁相环模块、电流内环控制模块；
所述电流内环控制模块分别与所述直流电压外环控制模块、所述第一调制波计算模块以及所述锁相环模块连接；所述锁相环模块还与所述第一调制波计算模块连接；所述整流器上设置有第二电压传感器，所述锁相环模块用于从所述第二电压传感器接收所述整流器的输入电压的瞬时值，并根据所述整流器的输入电压的给定角频率，计算得到所述整流器的输入电压的实际相位角；所述整流器上设置有第一电流传感器，所述电流内环控制模块，用于从所述第一电流传感器接收所述整流器的输入电流的瞬时值、从所述直流电压外环控制模块接收所述第一调制量、从所述锁相环模块接收所述整流器的输入电压的实际相位角，并计算得到第二调制量；所述第一调制波计算模块，具体用于从所述电流内环控制模块接收所述第二调制量、从所述锁相环模块接收所述整流器的输入电压的实际相位角，并根据所述整流器的输入电压的实际相位角对所述第二调制量进行信号调制，计算得到第二调制波信号；所述第一SPWM模块，具体用于接收所述第二调制波信号，并根据所述第二调制波信号，计算得到四路第二PWM脉冲驱动信号，以使所述整流器的四个所述IGBT根据所述第二PWM脉冲驱动信号输出的直流电压值稳定在所述第一电压给定值的直流电压。
可选地，所述逆变器包括六个IGBT；所述第二控制器，包括：交流电压环控制模块、第二调制波计算模块、第二SPWM模块；所述逆变器上设置有第三电压传感器，所述交流电压环控制模块用于从所述第三电压传感器接收所述逆变器的输出电压的瞬时值，并根据所述逆变器的所述第二电压给定值，计算得到第三调制量；所述第二调制波计算模块与所述交流电压环控制模块连接，用于接收所述第三调制量，对所述第三调制量进行信号调制，计算得到第三调制波信号；所述第二SPWM模块分别与所述第二调制波计算模块和所述六个IGBT连接，用于接收所述第三调制波信号，并根据所述第三调制波信号计算得到六路第三PWM脉冲驱动信号，以使所述逆变器的六个IGBT根据所述第三PWM脉冲驱动信号输出的三相交流电压值稳定在所述第二电压给定值。
可选地，所述第二控制器，还包括：与所述第二调制波计算模块连接的负载电流前馈控制模块；所述逆变器上设置有第二电流传感器，所述负载电流前馈控制模块用于从所述第二电流传感器接收三相负载电流，并计算得到第四调制量；所述第二调制波计算模块，具体用于从所述交流电压环控制模块接收所述第三调制量、从所述负载电流前馈控制模块接收所述第四调制量，并对所述第三调制量、所述第四调制量进行信号调制，计算得到第四调制波信号；所述第二SPWM模块，具体用于接收所述第四调制波信号，并根据所述第四调制波信号计算得到六路第四PWM脉冲驱动信号，使所述逆变器的六个IGBT根据所述第三PWM脉冲驱动信号输出的三相交流电压值稳定在所述第二电压给定值。
可选地，所述第二控制器，还包括：与所述第二调制波计算模块连接的直流母线电压前馈控制模块；所述直流母线电压前馈控制模块用于从所述第一电压传感器接收所述整流器的输出电压的瞬时值，并计算得到第五调制量；所述第二调制波计算模块，具体用于从所述交流电压环控制模块接收所述第三调制量、从所述负载电流前馈控制模块接收所述第四调制量、从所述直流母线电压前馈控制模块接收所述第五调制量，并对所述第三调制量、所述第四调制量、所述第五调制量进行信号调制，计算得到第五调制波信号；所述第二SPWM模块，具体用于接收所述第五调制波信号，并根据所述第五调制波信号计算得到六路第五PWM脉冲信号，以使所述逆变器的六个IGBT根据所述第五PWM脉冲信号输出的三相交流电压值稳定在所述第二电压给定值。
可选地，所述轨道车辆辅助供电装置，还包括：交流电感、直流电容、交流滤波电感、交流滤波电容、三相隔离变压器；
所述交流电感与所述整流器的输入端连接，并接入所述单相交流电压电源；所述直流电容并联在所述整流器的输出端的直流线之间，所述交流滤波电感与所述逆变器的输出端连接，所述交流滤波电容并联在所述交流滤波电感输出端的交流线之间，所述三相隔离变压器与所述交流滤波电感的输出端连接。
第二方面，本发明提供一种轨道车辆辅助供电装置控制方法，所述车辆辅助供电装置包括：整流器、逆变器、第一控制器、第二控制器；所述整流器接入单相交流电压电源，所述整流器与所述逆变器连接；所述第一控制器与所述整流器连接，所述第二控制器与所述逆变器连接；
所述方法包括：
所述第一控制器接收所述整流器输出的直流电压，并根据所述整流器的第一电压给定值，对所述整流器输出的所述直流电压进行调整，以使所述整流器输出的直流电压稳定在所述第一电压给定值；
所述第二控制器接收所述逆变器输出的三相交流电压，并根据所述逆变器的第二电压给定值，对所述逆变器输出的三相交流电的电压进行调整，以使所述逆变器输出的三相交流电压稳定在所述第二电压给定值。
可选地，所述整流器包括四个IGBT；所述第一控制器，包括：直流电压外环控制模块、锁相环模块、电流内环控制模块、第一调制波计算模块、第一SPWM模块；所述直流电压外环控制模块与所述电流内环控制模块连接，所述电流内环控制模块连接与所述第一调制波计算模块连接，所述第一调制波计算模块连接与所述第一SPWM模块连接，所述锁相环模块分别与所述电流内环控制模块、所述第一调制波计算模块连接；
所述方法包括：
所述直流电压外环控制模块从设置在所述整流器上的第一电压传感器接收所述整流器的输出电压的瞬时值，并根据所述整流器的所述第一电压给定值，计算得到第一调制量；
所述锁相环模块从设置在所述整流器上的第二电压传感器接收所述整流器的输入电压的瞬时值，并根据所述整流器的输入电压的给定角频率，计算得到所述整流器的输入电压的实际相位角；
所述电流内环控制模块从设置在所述整流器上的第一电流传感器接收所述整流器的输入电流的瞬时值、从所述直流电压外环控制模块接收所述第一调制量、从所述第一电流传感器接收所述整流器的输入电压的实际相位角，并计算得到第二调制量；
所述第一调制波计算模块从所述电流内环控制模块接收所述第二调制量、从所述锁相环模块接收所述整流器的输入电压的实际相位角，并根据所述整流器的输入电压的实际相位角对所述第二调制量进行信号调制，计算得到第二调制波信号；
所述第一SPWM模块接收到所述第二调制波信号，并根据所述第二调制波信号，计算得到四路第二PWM脉冲驱动信号；
所述整流器的四个所述IGBT接收所述第二PWM脉冲驱动信号，并根据所述所述第二PWM脉冲驱动信号输出电压值稳定在所述第一电压给定值的直流电压。
可选地，所述逆变器包括六个IGBT；所述第二控制器，包括：交流电压环控制模块、负载电流前馈控制模块、直流母线电压前馈控制模块、第二调制波计算模块、第二SPWM模块；所述第二调制波计算模块分别与所述交流电压环控制模块、所述负载电流前馈控制模块、所述直流母线电压前馈控制模块、所述第二SPWM模块连接；
所述方法包括：
所述交流电压环控制模块从设置在所述逆变器上的第三电压传感器接收所述逆变器的输出电压的瞬时值，并根据所述逆变器的所述第二电压给定值，计算得到第三调制量；
所述负载电流前馈控制模块从设置在所述逆变器上的第二电流传感器接收三相负载电流，并计算得到第四调制量；
所述直流母线电压前馈控制模块从所述设置在所述整流器上的所述第一电压传感器接收所述整流器的输出电压的瞬时值，并计算得到第五调制量；
所述第二调制波计算模块接收所述第三调制量、所述第四调制量、所述第五调制量，并对所述第三调制量、所述第四调制量、所述第五调制量进行信号调制，计算得到第五调制波信号；
所述二SPWM模块接收所述第五调制波信号，并根据所述第五调制波信号计算得到六路PWM脉冲信号；
所述逆变器的六个所述IGBT接收所述第五PWM脉冲驱动信号，并根据所述第五PWM脉冲驱动信号输出电压值稳定在所述第二电压给定值的三相交流电压。
从本发明的实施例可知，本发明的一种轨道车辆辅助供电装置的整流器接入单相交流电压电源，并将单相交流电压转变为直流电压；逆变器与所述整流器连接，将整流器输出的直流电压转变为三相交流电压；通过第一控制器与整流器连接，使整流器输出的直流电压稳定在第一电压给定值；并通过第二控制器与逆变器连接，使所述逆变器输出的三相交流电压稳定在第二电压给定值，从而使得轨道车辆辅助供电装置获得电压稳定的供电电压，以解决现有技术中轨道车辆辅助供电装置的整流器的直流侧电压出现波动，而造成的轨道车辆辅助供电装置的供电电压的稳定性变差的问题。
附图说明
图1为一示例性实施例示出的一种轨道车辆辅助供电装置的结构示意图；
图2为图1所示实施例的整流器与逆变器的结构示意图；
图3为图1所示实施例的第一控制器的结构示意图；
图4为图1所示实施例的第一控制器的另一结构示意图；
图5为图1所示实施例的第二控制器的结构示意图；
图6为图1所示实施例的第二控制器的另一结构示意图；
图7为图1所示实施例的第二控制器的另一结构示意图；
图8为一示例性实施例示出的一种轨道车辆辅助供电装置的控制方法的流程示意图；
图9为另一示例性实施例示出的一种轨道车辆辅助供电装置的控制方法的流程示意图。
附图标记：
整流器110、逆变器120、第一控制器130、第二控制器140、绝缘栅双极型晶体管111、直流电压外环控制模块131、第一调制波计算模块132、第一SPWM模块133、锁相环模块134、电流内环控制模块135、交流电压环控制模块141、第二调制波计算模块142、第二SPWM模块143、负载电流前馈控制模块144、直流母线电压前馈控制模块145、交流电感150、直流电容160、交流滤波电感170、交流滤波电容180、三相隔离变压器190。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
图1为一示例性实施例示出的一种轨道车辆辅助供电装置的结构示意图，该轨道车辆辅助供电装置，包括：整流器110、逆变器120、第一控制器130、第二控制器140；整流器110用于接入单相交流电压电源，并将单相交流电压转变为直流电压，其中整流器110可以是四象限整流器或其他类型的整流器；逆变器120与整流器110连接，用于将整流器110输出的直流电压转变为三相交流电压，用于为轨道车辆上的负载设备提供电源，如空调、制动空压机、照明、充电机等负载设备提供电源；第一控制器130与整流器110连接，用于使整流器110输出的直流电压稳定在第一电压给定值，其中第一控制器130可以具体为控制芯片，第一控制器130与整流器110具体为电连接，第一控制器130通过控制整流器110使其输出电压稳定在第一电压给定值，该第一电压给定值可以根据逆变器120的参数进行设定；第二控制器140与逆变器120连接，用于使逆变器120输出的三相交流电压稳定在第二电压给定值，其中第二控制器可以具体为控制芯片，第二控制器140与逆变器120具体为电连接，第二控制器140通过控制逆变器120使其输出电压稳定在第二电压给定值，该第二电压给定值可以根据负载设备的电压进行设定。
由本实施例可知，本发明的轨道车辆辅助供电装置的整流器接入单相交流电压电源，并将单相交流电压转变为直流电压；逆变器与整流器连接，将整流器输出的直流电压转变为三相交流电压；通过第一控制器与整流器连接，使整流器输出的直流电压稳定在第一电压给定值；并通过第二控制器与逆变器连接，使逆变器输出的三相交流电压稳定在第二电压给定值，从而使得轨道车辆辅助供电装置获得电压稳定的供电电压，以解决现有技术中轨道车辆辅助供电装置的整流器的直流侧电压出现波动，而造成的轨道车辆辅助供电装置的供电电压的稳定性变差的问题。
图2为图1所示实施例的整流器与逆变器的结构示意图，图3为图1所示实施例的第一控制器的结构示意图，在上述实施例的基础上，
整流器110包括：四个绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，简称“IGBT”)111；
第一控制器130，包括：直流电压外环控制模块131、第一调制波计算模块132、第一正弦脉冲宽度调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation，简称“SPWM”)模块133；
整流器110上设置有第一电压传感器(图中未示出)，直流电压外环控制模块131用于从第一电压传感器接收整流器的输出电压的瞬时值，并根据整流器的第一电压给定值，计算得到第一调制量；
具体的，直流电压外环控制模块获取第一电压传感器检测到整流器的输出电压，通过2阶巴特沃斯陷波器将整流器的输出电压中夹杂的100Hz纹波(二次波纹)滤除，得到滤除二次波纹的整流器的输出电压的瞬时值，此时滤除二次波纹的整流器的输出电压的瞬时值在坐标系中为一条平滑的直线；将滤除二次波纹的整流器的输出电压的瞬时值与整流器的第一电压给定值的差值，经过PI(Proportional Integral，简称“比例积分”)调节、限幅处理后，得到第一调制量；
第一调制波计算模块132与直流电压外环控制模块131连接，用于接收第一调制量，对第一调制量进行信号调制，计算得到第一调制波信号；
具体的，将第一调制量的的两项旋转坐标系下的两个直流分量，然后根据两个直流分量计算得到第一调制波信号。
第一SPWM模块133分别与第一调制波计算模块132和四个IGBT111连接，用于接收第一调制波信号，并根据第一调制波信号计算得到四路第一PWM脉冲驱动信号，以使整流器的四个IGBT根据第一PWM脉冲驱动信号输出的直流电压值稳定在第一电压给定值的直流电压。
由本实施例可知，本实施例的整流器包括四个IGBT，第一控制器具体包括：直流电压外环控制模块、第一调制波计算模块、第一SPWM模块，通过直流电压外环控制模块获得第一调制量，第一调制波计算模块与直流电压外环控制模块连接并接收第一调制量，计算得到第一调制波信号；第一SPWM模块接与第一调制波计算模块连接并收第一调制波信号，生成四路第一PWM脉冲驱动信号，以使整流器的四个IGBT根据第一PWM脉冲驱动信号输出的直流电压值稳定在第一电压给定值的直流电压，进一步保证了整流器输出电压稳定的直流电。
图4为图1所示实施例的第一控制器的另一结构示意图，在上述实施例的基础上，
第一控制器130，还包括：锁相环模块134、电流内环控制模块135；
电流内环控制模块135分别与直流电压外环控制模块131、第一调制波计算模块132以及锁相环模块134连接；锁相环模块134还与第一调制波计算模块132连接；
整流器110上设置有第二电压传感器(图中未示出)，锁相环模块134用于从第二电压传感器接收整流器的输入电压的瞬时值，并根据整流器的输入电压的给定角频率，计算得到整流器的输入电压的实际相位角；
具体的，锁相环模块获取第二电压传感器检测得到整流器的输入电压瞬时值，记为Uin，将整流器的输入电压瞬时值通过广义二阶积分(SOGI)运算得到的输入电压的瞬时值的估计值，记为Uα、Uβ，公式如下：
式中，k为阻尼系数，取k＝0.6，ω为输入电压的实际角频率。
将整流器的输入电压瞬时值的估计值Uα、Uβ由两相静止坐标系转换到两相旋转坐标系，得到两相旋转坐标系下的d轴分量Ud和q轴分量Uq，坐标变换公式如下：
将Uq进过PI调节后得到角频率调节误差ω1，整流器的输入电压的给定角频率ωr＝200π，ω1与ωr求和得到输入电压的实际角频率ω，将ω累加并限制在0-2π之间得到整流器的输入电压的实际相位角θ。
整流器110上设置有第一电流传感器(图中未示出)，电流内环控制模块135，用于从第一电流传感器接收整流器的输入电流的瞬时值、从直流电压外环控制模块接收第一调制量、从锁相环模块接收整流器的输入电压的实际相位角，并计算得到第二调制量；
具体的，第一电流传感器检测到整流器的输入电流的瞬时值，记为Iin，将整流器的输入电压瞬时值Iin通过广义二阶积分(SOGI)运算得到的输入电压的瞬时值的估计值，记为Iα、Iβ；将整流器的输入电压瞬时值的估计值Iα、Iβ由两相静止坐标系转换到两相旋转坐标系，得到两相旋转坐标系下的d轴分量Id和q轴分量Iq，将上述第一调制量Id_ref作为两相旋转坐标系下的d轴分量给定值，Iq与Id_ref的差值经过PI调节、限幅处理得到第二调制量的d轴分量Uabd；两相旋转坐标系下的q轴分量给定值取值为0，并与Iq作差，将差值经过PI调节、限幅处理得到第二调制量的d轴分量Uabd，第二调制量为(Uabd，Uabd)。
第一调制波计算模块132，具体用于从电流内环控制模块接收第二调制量、从锁相环模块接收整流器的输入电压的实际相位角，并根据整流器的输入电压的实际相位角对第二调制量进行信号调制，计算得到第二调制波信号；
其中，第二调制波信号的计算公式如下：
Uab＝Uabd sin(θ)+Uabq cos(θ)
式中，Uab为第二调制波信号(正弦波)，θ为锁相环模块得到整流器的输入电压的实际相位角。
第一SPWM模块133，具体用于接收第二调制波信号，并根据第二调制波信号，计算得到四路第二PWM脉冲驱动信号，以使整流器的四个IGBT根据第二PWM脉冲驱动信号输出的直流电压值稳定在第一电压给定值的直流电压。
由本实施例可知，本实施例的第一控制器还包括：锁相环模块、电流内环控制模块，且电流内环控制模块分别与直流电压外环控制模块、第一调制波计算模块以及锁相环模块连接；锁相环模块还与第一调制波计算模块连接，本实施例通过锁相环模块计算得到整流器的输入电压的实际相位角，电流内环控制模块根据接收到的整流器的输入电流的瞬时值、从直流电压外环控制模块接收第一调制量、从锁相环模块接收整流器的输入电压的实际相位角，并计算得到第二调制量，第一调制波计算模块从电流内环控制模块接收第二调制量、从锁相环模块接收整流器的输入电压的实际相位角，并根据整流器的输入电压的实际相位角对第二调制量进行信号调制，计算得到第二调制波信号，第一SPWM模块接收第二调制波信号，并根据第二调制波信号，计算得到四路第二PWM脉冲驱动信号，以使整流器的四个IGBT根据第二PWM脉冲驱动信号输出的直流电压值稳定在第一电压给定值的直流电压，同时以使整流器的四个IGBT接收的整流器的输入电流与整流器的输入电压同相位，不但解决了现有技术中轨道车辆辅助供电装置的整流器的直流侧电压出现波动，而造成的轨道车辆辅助供电装置的供电电压的稳定性变差的问题，还实现了整流器的单位功率因数的控制，提高了整流器输出的有用功率。
图5为图1所示实施例的第二控制器的结构示意图，在上述实施例的基础上，
参考图2，逆变器120包括：六个IGBT111；
参考图5，第二控制器140，包括：交流电压环控制模块141、第二调制波计算模块142、第二SPWM模块143；
逆变器120上设置有第三电压传感器(图中未示出)，交流电压环控制模块141用于从第三电压传感器接收逆变器的输出电压的瞬时值，并根据逆变器的第二电压给定值，计算得到第三调制量；
其中，逆变器的输出电压的瞬时值属于线电压。
具体的，交流电压环控制模块获取第三电压传感器检测到的逆变器的输出三相线电压的瞬时值，记为Uuv、Uvw，则Uwu＝-(Uuv+Uvw)；将三相线电压Uuv、Uvw、Uwu转换为三相相电压，记为Ua、Ub和Uc，转换公式如下：
将Ua、Ub和Uc由三相静止坐标系转换到两相旋转坐标系，得到两个直流分量Ud_2和Uq_2，转换公式如下：
第二电压给定值为Ud_ref和Uq_ref，Ud_ref与Ud_2的差、Uq_ref与Uq_2的差经过PI调节、限幅处理得到第三调制量(Mud，Muq)。
第二调制波计算模块142与交流电压环控制模块141连接，用于接收第三调制量，对第三调制量进行信号调制，计算得到第三调制波信号；
第二SPWM模块143分别与第二调制波计算模块142和六个IGBT连接，用于接收第三调制波信号，并根据第三调制波信号计算得到六路第三PWM脉冲驱动信号，以使逆变器的六个IGBT根据第三PWM脉冲驱动信号输出的三相交流电压值稳定在第二电压给定值。
从本实施例可知，本实施例的逆变器包括六个IGBT，第二控制器具体包括：交流电压环控制模块、第二调制波计算模块、第二SPWM模块；通过交流电压环控制模块接收逆变器的输出电压的瞬时值，并根据逆变器的第二电压给定值，计算得到第三调制量，第二调制波计算模块接收第三调制量，计算得到第三调制波信号，第二SPWM模块接收第三调制波信号，并根据第三调制波信号计算得到六路第三PWM脉冲驱动信号，以使逆变器的六个IGBT根据第三PWM脉冲驱动信号输出的三相交流电压值稳定在第二电压给定值，进一步保证了逆变器的输出电压稳定的三相交流电。
图6为图1所示实施例的第二控制器的另一结构示意图，在上述实施例的基础上，
第二控制器140，还包括：与第二调制波计算模块142连接的负载电流前馈控制模块144；
逆变器上设置有第二电流传感器(图中未示出)，负载电流前馈控制模块144用于从第二电流传感器接收三相负载电流，并计算得到第四调制量；
其中，负载电流前馈控制模块获取第二电流传感器检测到逆变器输出的三相负载电流，记为Ia、Ib，则Ic＝-(Ia+Ib)，将Ia、Ib、Ic由三相静止坐标系转换到两相旋转坐标系，得到两个直流分量Id和Iq，然后将Id和Iq分别乘以比例系数Ki得到第四调制量。
第二调制波计算模块142，具体用于从交流电压环控制模块接收第三调制量、从负载电流前馈控制模块接收第四调制量，并对第三调制量、第四调制量进行信号调制，计算得到第四调制波信号；
第二SPWM模块143，具体用于接收第四调制波信号，并根据第四调制波信号计算得到六路第四PWM脉冲驱动信号，使逆变器的六个IGBT根据第三PWM脉冲驱动信号输出的三相交流电压值稳定在第二电压给定值。
从本实施例可知，本实施例的逆变器包括六个IGBT，第二控制器具体包括：交流电压环控制模块、第二调制波计算模块、第二SPWM模块、负载电流前馈控制模块，通过交流电压环控制模块接收逆变器的输出电压的瞬时值，并根据逆变器的第二电压给定值，计算得到第三调制量；负载电流前馈控制模块从第二电流传感器接收三相负载电流，并计算得到第四调制量，第二调制波计算模块根据第三调制量、第四调制量计算得到第四调制波信号，第二SPWM模块接收第四调制波信号，并根据第四调制波信号计算得到六路第四PWM脉冲驱动信号，以使逆变器的六个IGBT根据第三PWM脉冲驱动信号输出的三相交流电压值稳定在第二电压给定值，保证了逆变器输出电压稳定的三相交流电，以及削弱当三相负载电流变化时引起的逆变器的六个IGBT输出的三相交流电压的波动。
图7为图1所示实施例的第二控制器的另一结构示意图，在上述实施例的基础上，
第二控制器140，还包括：与第二调制波计算模块连接的直流母线电压前馈控制模块145；直流母线电压前馈控制模块145用于从第一电压传感器接收整流器的输出电压的瞬时值，并计算得到第五调制量；
具体的，直流母线电压前馈控制模块获取第一电压传感器接收整流器的输出电压的瞬时值Udc，其为逆变器的直流母线电压，固有100HZ的波纹(二次波纹)，将Udc经过2阶巴特沃斯陷波器滤除二次波纹，再将滤除二次波纹的整流器的输出电压的瞬时值乘以比例系数得到第五调制量。
第二调制波计算模块142，具体用于从交流电压环控制模块接收第三调制量、从负载电流前馈控制模块接收第四调制量、从直流母线电压前馈控制模块接收第五调制量，并对第三调制量、第四调制量、第五调制量进行信号调制，计算得到第五调制波信号；
第二SPWM模块143，具体用于接收第五调制波信号，并根据第五调制波信号计算得到六路第五PWM脉冲信号，以使逆变器的六个IGBT根据第五PWM脉冲信号输出的三相交流电压值稳定在第二电压给定值。
从本实施例可知，本实施例的逆变器包括六个IGBT，第二控制器具体包括：交流电压环控制模块、第二调制波计算模块、第二SPWM模块、负载电流前馈控制模块、直流母线电压前馈控制模块，通过直流母线电压前馈控制模块从第一电压传感器接收整流器的输出电压的瞬时值，并计算得到第五调制量，第二调制波计算模块从交流电压环控制模块接收第三调制量、从负载电流前馈控制模块接收第四调制量、从直流母线电压前馈控制模块接收第五调制量，并对第三调制量、第四调制量、第五调制量进行信号调制，计算得到第五调制波信号，第二SPWM模块接收第五调制波信号，并根据第五调制波信号计算得到六路第五PWM脉冲信号，以使逆变器的六个IGBT根据第五PWM脉冲信号输出的三相交流电压值稳定在第二电压给定值，同时可削弱当三相负载电流变化时引起的逆变器的六个IGBT输出的三相交流电压的波动、以及削弱当整流器的输出电压波动时引起的逆变器的六个IGBT输出的三相交流电压的波动。
可选地，在上述实施例基础上，参考图2，
上述轨道车辆辅助供电装置，还可以包括：交流电感150、直流电容160、交流滤波电感170、交流滤波电容180、三相隔离变压器190；
交流电感150与整流器110的输入端连接，并接入单相交流电压电源；直流电容160并联在整流器110的输出端的两根直流线之间，交流滤波电感170与逆变器120的输出端连接，交流滤波电容180并联在交流滤波电感170输出端的三根交流线之间，三相隔离变压器190与交流滤波电感170的输出端连接。
图8为一示例性实施例示出的一种轨道车辆辅助供电装置的控制方法的流程示意图，本实施例的车辆辅助供电装置包括：整流器、逆变器、第一控制器、第二控制器；整流器接入单相交流电压电源，整流器与逆变器连接；第一控制器与整流器连接，第二控制器与逆变器连接；本实施例包括：
步骤801：第一控制器接收整流器输出的直流电压，并根据整流器的第一电压给定值，对整流器输出的直流电压进行调整，以使整流器输出的直流电压稳定在第一电压给定值。
步骤802：第二控制器接收逆变器输出的三相交流电压，并根据逆变器的第二电压给定值，对逆变器输出的三相交流电的电压进行调整，以使逆变器输出的三相交流电压稳定在第二电压给定值。
由本实施例可知，本发明的一种轨道车辆辅助供电装置的控制方法通过第一控制器接收整流器输出的直流电压，并根据整流器的第一电压给定值整流器输出的直流电压进行调整，以使整流器输出的直流电压稳定在第一电压给定值；并通过第二控制器接收逆变器输出的三相交流电压，并根据逆变器的第二电压给定值，对逆变器输出的三相交流电的电压进行调整，以使逆变器输出的三相交流电压稳定在第二电压给定值，以解决现有技术中轨道车辆辅助供电装置的整流器的直流侧电压出现波动，而造成的轨道车辆辅助供电装置的供电电压的稳定性变差的问题。
图9为另一示例性实施例示出的一种轨道车辆辅助供电装置的控制方法的流程示意图，在上述实施例的基础上，本实施例包括：
整流器包括四个IGBT；第一控制器，包括：直流电压外环控制模块、锁相环模块、电流内环控制模块、第一调制波计算模块、第一SPWM模块；直流电压外环控制模块与电流内环控制模块连接，电流内环控制模块连接与第一调制波计算模块连接，第一调制波计算模块连接与第一SPWM模块连接，锁相环模块分别与电流内环控制模块、第一调制波计算模块连接；
逆变器包括六个IGBT；第二控制器，包括：交流电压环控制模块、负载电流前馈控制模块、直流母线电压前馈控制模块、第二调制波计算模块、第二SPWM模块；第二调制波计算模块分别与交流电压环控制模块、负载电流前馈控制模块、直流母线电压前馈控制模块、第二SPWM模块连接；
该方法包括：
步骤901：直流电压外环控制模块从设置在整流器上的第一电压传感器接收整流器的输出电压的瞬时值，并根据整流器的第一电压给定值，计算得到第一调制量；
步骤902：锁相环模块从设置在整流器上的第二电压传感器接收整流器的输入电压的瞬时值，并根据整流器的输入电压的给定角频率，计算得到整流器的输入电压的实际相位角；
步骤903：电流内环控制模块从设置在整流器上的第一电流传感器接收整流器的输入电流的瞬时值、从直流电压外环控制模块接收第一调制量、从第一电流传感器接收整流器的输入电压的实际相位角，并计算得到第二调制量；
步骤904：第一调制波计算模块从电流内环控制模块接收第二调制量、从锁相环模块接收整流器的输入电压的实际相位角，并根据整流器的输入电压的实际相位角对第二调制量进行信号调制，计算得到第二调制波信号；
步骤905：第一SPWM模块接收到第二调制波信号，并根据第二调制波信号，计算得到四路第二PWM脉冲驱动信号；
步骤906：整流器的四个IGBT接收第二PWM脉冲驱动信号，并根据第二PWM脉冲驱动信号输出电压值稳定在第一电压给定值的直流电压。
步骤907：交流电压环控制模块从设置在逆变器上的第三电压传感器接收逆变器的输出电压的瞬时值，并根据逆变器的第二电压给定值，计算得到第三调制量；
步骤908：负载电流前馈控制模块从设置在逆变器上的第二电流传感器接收三相负载电流，并计算得到第四调制量；
步骤909：直流母线电压前馈控制模块从设置在整流器上的第一电压传感器接收整流器的输出电压的瞬时值，并计算得到第五调制量；
步骤910：第二调制波计算模块接收第三调制量、第四调制量、第五调制量，并对第三调制量、第四调制量、第五调制量进行信号调制，计算得到第五调制波信号；
步骤911：第二SPWM模块接收第五调制波信号，并根据第五调制波信号计算得到六路PWM脉冲信号；
步骤912：逆变器的六个IGBT接收第五PWM脉冲驱动信号，并根据第五PWM脉冲驱动信号输出电压值稳定在第二电压给定值的三相交流电压。
由本实施例可知，本实施例通过锁相环模块计算得到整流器的输入电压的实际相位角，电流内环控制模块根据接收到的整流器的输入电流的瞬时值、从直流电压外环控制模块接收第一调制量、从锁相环模块接收整流器的输入电压的实际相位角，并计算得到第二调制量，第一调制波计算模块从电流内环控制模块接收第二调制量、从锁相环模块接收整流器的输入电压的实际相位角，并根据整流器的输入电压的实际相位角对第二调制量进行信号调制，计算得到第二调制波信号，第一SPWM模块接收第二调制波信号，并根据第二调制波信号，计算得到四路第二PWM脉冲驱动信号，以使整流器的四个IGBT根据第二PWM脉冲驱动信号输出的直流电压值稳定在第一电压给定值的直流电压，同时以使整流器的四个IGBT接收的整流器的输入电流与整流器的输入电压同相位，不但解决了现有技术中轨道车辆辅助供电装置的整流器的直流侧电压出现波动，而造成的轨道车辆辅助供电装置的供电电压的稳定性变差的问题，还实现了整流器的单位功率因数的控制，提高了整流器输出的有用功率。同时，通过直流母线电压前馈控制模块从第一电压传感器接收整流器的输出电压的瞬时值，并计算得到第五调制量，第二调制波计算模块从交流电压环控制模块接收第三调制量、从负载电流前馈控制模块接收第四调制量、从直流母线电压前馈控制模块接收第五调制量，并对第三调制量、第四调制量、第五调制量进行信号调制，计算得到第五调制波信号，第二SPWM模块接收第五调制波信号，并根据第五调制波信号计算得到六路第五PWM脉冲信号，以使逆变器的六个IGBT根据第五PWM脉冲信号输出的三相交流电压值稳定在第二电压给定值，同时可削弱当三相负载电流变化时引起的逆变器的六个IGBT输出的三相交流电压的波动、以及削弱当整流器的输出电压波动时引起的逆变器的六个IGBT输出的三相交流电压的波动。
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。

Claims (6)

1.一种轨道车辆辅助供电装置，其特征在于，包括：整流器、逆变器、第一控制器、第二控制器；
所述整流器用于接入单相交流电压电源，并将所述单相交流电压转变为直流电压；
所述逆变器与所述整流器连接，用于将所述整流器输出的直流电压转变为三相交流电压；
所述第一控制器与所述整流器连接，用于使所述整流器输出的直流电压稳定在第一电压给定值；
所述第二控制器与所述逆变器连接，用于使所述逆变器输出的三相交流电压稳定在第二电压给定值；
所述逆变器包括六个IGBT；所述第二控制器，包括：交流电压环控制模块、第二调制波计算模块、第二SPWM模块、与所述第二调制波计算模块连接的负载电流前馈控制模块以及与所述第二调制波计算模块连接的直流母线电压前馈控制模块；
所述逆变器上设置有第三电压传感器，所述交流电压环控制模块用于从所述第三电压传感器接收所述逆变器的输出三相线电压的瞬时值，将所述输出三相线电压的瞬时值转换为三相相电压，将所述三相相电压转换到两相旋转坐标系，得到两个直流分量Ud_2和Uq_2，将第二电压给定值Ud_ref与Ud_2的差、第二电压给定值Uq_ref与Uq_2的差经过PI调节、限幅处理得到第三调制量(Mud，Muq)；
所述逆变器上设置有第二电流传感器，所述负载电流前馈控制模块用于从所述第二电流传感器接收三相负载电流，将所述三相负载电流由三相静止坐标系转换到两相旋转坐标系，得到两个直流分量Id和Iq，然后将Id和Iq分别乘以比例系数Ki得到第四调制量；
所述直流母线电压前馈控制模块用于从所述第一电压传感器接收所述整流器的输出电压的瞬时值，将所述整流器的输出电压的瞬时值经过2阶巴特沃斯陷波器滤除二次波纹，再将滤除二次波纹的整流器的输出电压的瞬时值乘以比例系数得到第五调制量；
所述第二调制波计算模块，具体用于从所述交流电压环控制模块接收所述第三调制量、从所述负载电流前馈控制模块接收所述第四调制量、从所述直流母线电压前馈控制模块接收所述第五调制量，并对所述第三调制量、所述第四调制量、所述第五调制量进行信号调制，计算得到第五调制波信号；
所述第二SPWM模块，具体用于接收所述第五调制波信号，并根据所述第五调制波信号计算得到六路第五PWM脉冲信号，以使所述逆变器的六个IGBT根据所述第五PWM脉冲信号输出的三相交流电压值稳定在所述第二电压给定值。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆辅助供电装置，其特征在于，所述整流器包括四个绝缘栅双极型晶体管IGBT；
所述第一控制器，包括：直流电压外环控制模块、第一调制波计算模块、第一正弦脉冲宽度调制SPWM模块；
所述整流器上设置有第一电压传感器，所述直流电压外环控制模块用于从所述第一电压传感器接收所述整流器的输出电压的瞬时值，并根据所述整流器的所述第一电压给定值，计算得到第一调制量；
所述第一调制波计算模块与所述直流电压外环控制模块连接，用于接收所述第一调制量，对所述第一调制量进行信号调制，计算得到第一调制波信号；
所述第一SPWM模块分别与所述第一调制波计算模块和所述四个IGBT连接，用于接收所述第一调制波信号，并根据所述第一调制波信号计算得到四路第一PWM脉冲驱动信号，以使所述整流器的四个所述IGBT根据所述第一PWM脉冲驱动信号输出的直流电压值稳定在所述第一电压给定值的直流电压。
3.根据权利要求2所述的轨道车辆辅助供电装置，其特征在于，所述第一控制器，还包括：锁相环模块、电流内环控制模块；
所述电流内环控制模块分别与所述直流电压外环控制模块、所述第一调制波计算模块以及所述锁相环模块连接；所述锁相环模块还与所述第一调制波计算模块连接；
所述整流器上设置有第二电压传感器，所述锁相环模块用于从所述第二电压传感器接收所述整流器的输入电压的瞬时值，并根据所述整流器的输入电压的给定角频率，计算得到所述整流器的输入电压的实际相位角；
所述整流器上设置有第一电流传感器，所述电流内环控制模块，用于从所述第一电流传感器接收所述整流器的输入电流的瞬时值、从所述直流电压外环控制模块接收所述第一调制量、从所述锁相环模块接收所述整流器的输入电压的实际相位角，并计算得到第二调制量；
所述第一调制波计算模块，具体用于从所述电流内环控制模块接收所述第二调制量、从所述锁相环模块接收所述整流器的输入电压的实际相位角，并根据所述整流器的输入电压的实际相位角对所述第二调制量进行信号调制，计算得到第二调制波信号；
所述第一SPWM模块，具体用于接收所述第二调制波信号，并根据所述第二调制波信号，计算得到四路第二PWM脉冲驱动信号，以使所述整流器的四个所述IGBT根据所述第二PWM脉冲驱动信号输出的直流电压值稳定在所述第一电压给定值的直流电压。
4.根据权利要求1-3任一所述的轨道车辆辅助供电装置，其特征在于，还包括：交流电感、直流电容、交流滤波电感、交流滤波电容、三相隔离变压器；
所述交流电感与所述整流器的输入端连接，并接入所述单相交流电压电源；所述直流电容并联在所述整流器的输出端的两根直流线之间，所述交流滤波电感与所述逆变器的输出端连接，所述交流滤波电容并联在所述交流滤波电感输出端的三根交流线之间，所述三相隔离变压器与所述交流滤波电感的输出端连接。
5.一种轨道车辆辅助供电装置控制方法，其特征在于，所述车辆辅助供电装置包括：整流器、逆变器、第一控制器、第二控制器；所述逆变器包括六个IGBT；
所述整流器接入单相交流电压电源，所述整流器与所述逆变器连接；所述第一控制器与所述整流器连接，所述第二控制器与所述逆变器连接；
所述方法包括：
所述第一控制器接收所述整流器输出的直流电压，并根据所述整流器的第一电压给定值，对所述整流器输出的所述直流电压进行调整，以使所述整流器输出的直流电压稳定在所述第一电压给定值；
所述第二控制器接收所述逆变器输出的三相交流电压，并根据所述逆变器的第二电压给定值，对所述逆变器输出的三相交流电的电压进行调整，以使所述逆变器输出的三相交流电压稳定在所述第二电压给定值；
其中，所述第二控制器包括：交流电压环控制模块、第二调制波计算模块、第二SPWM模块、与所述第二调制波计算模块连接的负载电流前馈控制模块以及与所述第二调制波计算模块连接的直流母线电压前馈控制模块；
所述交流电压环控制模块从设置在所述逆变器上的第三电压传感器接收所述逆变器的输出三相线电压的瞬时值，将所述输出三相线电压的瞬时值转换为三相相电压，将所述三相相电压转换到两相旋转坐标系，得到两个直流分量Ud_2和Uq_2，将第二电压给定值Ud_ref与Ud_2的差、第二电压给定值Uq_ref与Uq_2的差经过PI调节、限幅处理得到第三调制量(Mud，Muq)；
所述负载电流前馈控制模块从设置在所述逆变器上的第二电流传感器接收三相负载电流，将所述三相负载电流由三相静止坐标系转换到两相旋转坐标系，得到两个直流分量Id和Iq，然后将Id和Iq分别乘以比例系数Ki得到第四调制量；
所述直流母线电压前馈控制模块从设置在所述逆变器上的第一电压传感器接收所述整流器的输出电压的瞬时值，将所述整流器的输出电压的瞬时值经过2阶巴特沃斯陷波器滤除二次波纹，再将滤除二次波纹的整流器的输出电压的瞬时值乘以比例系数得到第五调制量；
所述第二调制波计算模块从所述交流电压环控制模块接收所述第三调制量、从所述负载电流前馈控制模块接收所述第四调制量、从所述直流母线电压前馈控制模块接收所述第五调制量，并对所述第三调制量、所述第四调制量、所述第五调制量进行信号调制，计算得到第五调制波信号；
所述第二SPWM模块接收到所述第五调制波信号，并根据所述第五调制波信号计算得到六路第五PWM脉冲信号，以使所述逆变器的六个IGBT根据所述第五PWM脉冲信号输出的三相交流电压值稳定在所述第二电压给定值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述整流器包括四个IGBT；所述第一控制器，包括：直流电压外环控制模块、锁相环模块、电流内环控制模块、第一调制波计算模块、第一SPWM模块；所述直流电压外环控制模块与所述电流内环控制模块连接，所述电流内环控制模块连接与所述第一调制波计算模块连接，所述第一调制波计算模块连接与所述第一SPWM模块连接，所述锁相环模块分别与所述电流内环控制模块、所述第一调制波计算模块连接；
所述方法包括：
所述直流电压外环控制模块从设置在所述整流器上的第一电压传感器接收所述整流器的输出电压的瞬时值，并根据所述整流器的所述第一电压给定值，计算得到第一调制量；
所述锁相环模块从设置在所述整流器上的第二电压传感器接收所述整流器的输入电压的瞬时值，并根据所述整流器的输入电压的给定角频率，计算得到所述整流器的输入电压的实际相位角；
所述电流内环控制模块从设置在所述整流器上的第一电流传感器接收所述整流器的输入电流的瞬时值、从所述直流电压外环控制模块接收所述第一调制量、从所述第一电流传感器接收所述整流器的输入电压的实际相位角，并计算得到第二调制量；
所述第一调制波计算模块从所述电流内环控制模块接收所述第二调制量、从所述锁相环模块接收所述整流器的输入电压的实际相位角，并根据所述整流器的输入电压的实际相位角对所述第二调制量进行信号调制，计算得到第二调制波信号；
所述第一SPWM模块接收到所述第二调制波信号，并根据所述第二调制波信号，计算得到四路第二PWM脉冲驱动信号；
所述整流器的四个所述IGBT接收所述第二PWM脉冲驱动信号，并根据所述第二PWM脉冲驱动信号输出电压值稳定在所述第一电压给定值的直流电压。
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