計及互感擾動的非接觸牽引供電系統(tǒng)恒壓輸出控制方法.pdf

1、近年來，隨著高頻電力電子變換技術(shù)、器件材料等學(xué)科的發(fā)展，非接觸電能傳輸技術(shù)日漸成為電氣工程領(lǐng)域的研究熱點之一。應(yīng)用在軌道交通領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的弓網(wǎng)裝置、第三軌等直接物理接觸供電方式相比，非接觸牽引供電(Contactless TractionPower Supply，CTPS)系統(tǒng)存在著明顯的優(yōu)勢:取電靈活，無需在城市軌道交通系統(tǒng)中架設(shè)懸掛供電網(wǎng)絡(luò);用電安全，避免了接觸火花、電弧及觸電的危險;維護(hù)方便，消除了積塵和接觸損耗，無機械磨損;適應(yīng)

2、性強，可抵抗臺風(fēng)、冰雪等惡劣天氣環(huán)境。
　　然而，由于機車運行中不可避免的車體振動、偏移等機械擾動，CTPS系統(tǒng)的電磁耦合特性極易發(fā)生變化，導(dǎo)致了系統(tǒng)的互感參數(shù)漂移，給能量傳輸?shù)姆€(wěn)定性帶來了重大挑戰(zhàn)。為此，本文針對電磁耦合機構(gòu)互感擾動下的CTPS系統(tǒng)輸出電壓控制問題，在深入分析了機構(gòu)互感變化特性的基礎(chǔ)上，建立了系統(tǒng)擾動模型，并設(shè)計了恒壓輸出魯棒控制器，以有效抑制互感參數(shù)擾動對系統(tǒng)穩(wěn)定性及性能的影響，具體工作包括:
　　(1)

3、基于體積分方法推導(dǎo)了快速且準(zhǔn)確的互感計算方法。基于電磁場計算方法中的體積分算法，結(jié)合磁矢勢推導(dǎo)了快速且準(zhǔn)確的電磁設(shè)備磁通量通用計算方法;同時根據(jù)磁通量與互感的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將所設(shè)計的方法用于CTPS系統(tǒng)電磁耦合機構(gòu)的互感計算當(dāng)中，通過對三種常見的電磁耦合機構(gòu)互感進(jìn)行計算，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)驗證了機構(gòu)互感值隨自由度的變化趨勢，并通過對比商業(yè)電磁場仿真軟件分析該算法性能。
　　(2)建立了多種參數(shù)擾動下系統(tǒng)廣義狀態(tài)空間平均模型。利用廣義狀態(tài)空間

4、平均方法，分別建立了SS型、SP型、PS型、PP型以及具有恒流特性的LCL-S型諧振補償拓?fù)湎碌腃TPS系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并基于所求取的電磁耦合機構(gòu)互感變化趨勢預(yù)估了互感參數(shù)擾動有界范圍，進(jìn)一步獲取含參數(shù)擾動的系統(tǒng)綜合模型，并以此分析了不同補償拓?fù)湓诨ジ?、?fù)載、頻率等多參數(shù)擾動下的系統(tǒng)穩(wěn)定特性。
　　(3)系統(tǒng)恒壓輸出魯棒控制器設(shè)計、仿真以及實驗驗證。結(jié)合所建立的系統(tǒng)擾動模型，以輸出直流電壓為控制目標(biāo)，基于魯棒控制方法設(shè)計了多種改進(jìn)型