基于SVPWM地铁牵引整流器直接功率控制研究
基于SVPWM的三电平整流器的研究
煤
炭
工
程
基于 Ｓ Ｐ Ｖ ＷＭ 的 三 电平 整 流 器 的 研 究
王 大伟 ，岳 云 涛
（ 北京建筑工程学 院 电气与信息工程学 院 ，北京 １０４ ０ ０ ４）
摘
要 ：论 文讨论 了三相 三电平二极 管 中点箝位 型 Ｐ ＷＭ 整 流 器电路拓 扑 ，详 细 分析 了空 间 矢
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｔ ｅ ｃｒ ｕ ｔ ｏ ｏｏ ｙ ｏ ｅ ｔ ｒ ｅｐ ａ ｅ ｈ ｅ ｅ ｅ ， ｄ ｏ ｅ ｎ ｕ ｒｌ—ｐ ｉｔ ｌｍｐ ｄ Ｐ Ｍ ｈ ａ ｅ ｉｃ ｓ ｅ ｈ ｉ ｉ ｔ ｐ ｌｇ ｆ ｈ ｅ ｈ ｓ ．ｔ ｒ ｅ ｌｖ ｌ ｉｄ ｅ ｔａ ｃ ｔ ｈ ｏｎ —ｃａ ｅ Ｗ
Ｗ ＡＮＧ Ｄａ— ｗｅ ． ＹＵＥ ｎ — ｔｏ ｉ Ｙｕ ａ
（ ｃｏｌ ｆ ｌｃ ｃａｄＩｆｒ ｔｎＥ ｇｎｅ ｎ ，Ｂ ｉｎ ｎｖｒｉ ｆＣｖｌ ｎｉｅｒ ｇａｄＡｃ ｉｃｕｅ ｅ ｉｇ１０４ Ｓ ｈｏ ｅｔ ｎ ｎ ｍａｉ ｎ ｉｅｒ ｇ ｅｉｇＵ ｉ ｓｙｏ ｉ ｇ ｅ ｎ ｎ ｒｈｔ ｔｒ，Ｂ ｉｎ ００ ４，Ｃ ｉａ ｏＥ ｒ ｉ ｏ ｏ ｉ ｊ ｅ ｔ ｉＥ ｎ ｉ ｅ ｊ ｈｎ ）
ｒｃ ｉ ｅ ｎ ｎ ｄｅａｌａ ａｙ ｅ ｈｅｂａ ｉ ｉ ｃ ｐ ｅ ｏ ｈｅ Ｓ Ｗ Ｍ ． Ｔｈｅｔ ｒ ｅ ＶＳ ｃ ｎ ｒｌｓ ｓｅ ｗｏ ｄ ｈａ ｅ ａｖ ｈａ ｅ ａ ｄ ｅ ｔｆ ｒａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｎ ｌｚ ｄ ｔ ｓｃｐｒｎ ｉ ｌ ｆｔ ＶＰ ｉ ｈ ｅ Ｒ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ｕｌ ｖ ｏ ｇ ｎ
ｉｔ ｒ ｒ ｎ ｅ ｃ ｐ ｃｔ ｎ ｔ ｅ ｄ ａ ｔ ｇ ｓ ａ ｌ ａ ｉｈ ｐ ａ ｔ ａ ｉ ｔ ． ｎ ｅ ｅ ｅ ｃ ａ ａ ｉ ａ ｄ ｏ ｈ ｒａ ｖ ｎ ａ ｅ ｓｗｅｌ ｓａ ｈｇ ｒ ｃｉ ｂ ｌ ｙ ｆ ｙ ｃ ｉ
城市轨道交通牵引供电PWM变流器的研究
摘要： 研究采用一种多通道 Ｐ ＷＭ 变流器实现城市轨道交通牵 引变 电站 的降压变流功能 ， 为轨道交通车辆负载提供 电能 的同时能够向电网回馈车辆的再生制动能量 ， 维持直流供电电压 的稳定。该变流器各通道通过移相变压器叠加（ 即阶梯 波合成技术 ） 来实现谐波抵 消， 因此该变流器 能在 非常低的开关频率下实现能量双 向传 递 ， 并且 交流 电流谐波含量低 、 滤波容易 、 输入功率因数高。另外 ， 该变流器采用旋转坐标系下的解耦控制和瞬时值 闭环控制技术 ， 实现了 良好 的动态
ａ ｄ ｉ ｓ ｎ ａ ｅ ｕ ａｕ ｎ ｎ ｔ ｔｎ ｏ ｓｖ ｅ￣ｅ ｂ ｃ ｏ ｔｏ ｎ ｔ ｅｄ， ０ ｆ ｍｅ ｉ ｄ ｐｅ ｎ ｔｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔｍ ｏ ａ ｈ ｅ ｅ ｇ ｏ ｙ ａ ｃｒ ｇ ｌ － ａ ｌ ｄ ａ ｋ ｃ ｎｒ ｌ ｑ， ｒ ｉ ｈ ａ ｓａ ｏ ｔｄ ｉ ｈ ｏ ｔ ｓ ｏ ｓ ｅ ｔ ｃ ｉ ｖ ｏ ｄ ｄ ｎ ｍｉ ｅ ｕ ａ
性 能 。最 后通 过实 验 验 证 了 该变 流 器 的稳 态 和 动 态性 能 。
关键词 ： 变流器 ； 城市轨道交通 ； 引供 电； 牵 脉宽调制
中图 分 类 号 ：Ｍ４ Ｔ ６ 文 献 标识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ １０ （０ ９ １— ０ ７ ０ １０ — ０ Ｘ ２ ０ ）２ ０ ０ — ３
第４ ３卷 第 １ ２期
２０ ０ ９年 ｌ 月 ２
电 力 电 子 技 术
Ｐ ｗｅ ｅ ｔｏ ｃ ｏ ｒＥｌｃ ｒｎｉｓ
Ｖｏ ．３，Ｎｏ １ １ ４ ．２ Ｄｅ ｅ ｅ ０ ９ ｃ ｍｂ ｒ２ ０
城市轨道交通牵引供电 Ｐ ＷＭ 变流器的研究
基于SVPWM三相电流源整流器的研究
第３ ５卷 第 １期 ２ ０ １ ３年 ２月
黑
龙
江
电
力
Ｖｏ Ｉ ｜ ３５ Ｎｏ ．１
ＨＥＩ Ｌ ０Ｎ ＧＪ Ｉ ＡＮＧ ＥＬ ＥＣ Ｔ ＲＩ Ｃ Ｐ ＯＷ Ｅ Ｒ
Ｆ ｅ ｂ ．２ ０ １ ３
基于 Ｓ Ｖ Ｐ ＷＭ 三 相 电 流 源 整 流 器 的研 究
彭咏龙 ， 李亚斌 ， 齐炳新
（ 华 北 电 力 大 学 电 气 与 电子 工程 学 院 ， 河北 保定 ０ ７ １ ０ ０ ３ ）
摘
要： 介绍 了三相 电流型整流器 （ Ｃ Ｓ Ｒ） 基本原理和空 间矢量脉宽调 制 （ Ｓ Ｖ Ｐ ＷＭ） 控制技 术。三相 电流型 Ｓ Ｖ Ｐ ＷＭ整 流器调
制信号生成的步骤为 ： 判断指令 电流所在 的扇 区、 选择 开关矢量及其作用顺序 和计算开关矢量 的作用时 间。利用 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ —
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ—ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｉ ｆ ｅ ｒ（ Ｃ Ｓ Ｒ）ａ ｎ ｄ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｖ ｅ ｃ ・
城轨牵引供电系统PWM整流器无源性功率控制研究
城轨牵引供电系统PWM整流器无源性功率控制研究田玖婷;武晓春【摘要】现行城轨牵引供电系统多用多脉波整流的方式,但是存在谐波污染严重、能量不能双向流动的缺点,针对上述问题,文章提出了基于无源控制策略的整流器控制方式,对该种控制方式首先进行了理论推导,根据电压型整流器的主电路拓扑结构,建立了系统在两相同步旋转坐标系下的EL模型,并采用了解耦控制策略对控制器进行设计,最后将该方法用于城轨牵引供电系统中,控制整流器输出接触网(轨)的电压,并且在此基础上分析了负载扰动,机车制动,电网不平衡条件下整流器的性能,仿真结果表明,整流器具有很好的稳定性、抗干扰性,单位功率因数运行特性,对城轨牵引供电系统提供了很好的理论依据.%At present, multi-pulse rectification way is applied in urban rail traction power supply system.However, there are some disadvantages which include the serious harmonic pollution and the energy that cannot flow in both directions.In view of the above problems, this paper puts forward a rectifier control method based on passive control strategy.For this kind of control mode, firstly, according to the topology structure of the main circuit of the voltage rectifier, the EL model of the system is established in two-phase synchronous rotating coordinate.The decoupling control strategy is used to design the controller.Finally, the strategy is used in the urban rail traction power supply system to control the voltage of the rectifier output contact network (rail).On this basis, the performance of the rectifier is analyzed under the conditions of load disturbance, locomotive braking and grid unbalance.The simulation results show that the rectifier performs well at stability, anti-jamming, unit powerfactor operating characteristics.This paper provides a good theoretical basis for urban rail traction power supply system.【期刊名称】《电测与仪表》【年(卷),期】2017(054)008【总页数】5页(P58-62)【关键词】牵引供电;PWM整流器;无源控制;EL模型【作者】田玖婷;武晓春【作者单位】兰州交通大学自动化与电气工程学院,兰州 730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院,兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言现行城轨接触网（轨）的供电电压普遍采用多脉波整流来获得，这种控制策略不能实现能量的反馈，因此会导致能量的浪费。
基于空间矢量控制的三相PWM整流器研究的开题报告
基于空间矢量控制的三相PWM整流器研究的开题报告一、研究背景和意义随着电气化水平的提高，三相PWM整流器在工业中的应用越来越广泛。
但是，传统的三相整流器存在一些问题，如功率因数低、谐波较多等，难以满足现代工业的需求。
空间矢量控制（SVPWM）作为一种先进的控制方法，可以有效地提高三相PWM整流器的性能。
因此，研究基于SVPWM的三相PWM整流器具有非常重要的现实意义。
二、研究内容1. 研究SVPWM的基本原理和特点；2. 研究三相PWM整流器的工作原理和主要问题；3. 基于SVPWM控制算法，设计三相PWM整流器；4. 分析设计结果，评估控制算法的性能和可靠性。
三、研究方法1. 文献综述，深入了解空间矢量控制和三相PWM整流器在现代工业中的应用；2. 借助MATLAB/Simulink对SVPWM控制算法进行建模和仿真，分析控制算法的性能；3. 根据仿真结果，设计三相PWM整流器硬件电路，并进行实际测试；4. 对测试结果进行分析，评估控制算法的可行性和优劣。
四、预期成果1. 研究SVPWM控制算法在三相PWM整流器中的应用；2. 设计可靠、高效的三相PWM整流器；3. 提出针对三相PWM整流器性能优化的控制策略和方法；4. 发表论文1-2篇，申请专利1项。
五、研究团队本研究立项由XX高校组织，并邀请相关领域的专业人士与学者组成研究团队。
团队组成如下：1. 主持人：XXX，博士，教授，电气工程领域专家；2. 技术骨干：XXX，博士，副教授，电气工程领域专家；3. 研究生：XXX，电气工程专业硕士研究生，协助主持人完成实验及数据分析工作。
六、进度安排1. 前期调研和文献综述：3个月；2. SVPWM控制算法的仿真建模和分析：9个月；3. 三相PWM整流器硬件电路设计和实验：6个月；4. 数据分析、论文撰写和专利申请：6个月。
三相PWM整流器基于空间矢量的直接功率控制52_4414
三相PWM 整流器基于空间矢量的直接功率控制张明莲[1] 杨雪峰[2]（1徐州空军学院四站系航空电气教研室 江苏 徐州 221002）（2中国矿业大学建筑设计研究院 徐州 221006）摘要：本文介绍一种新型的三相电压型PWM 整流器基于空间矢量调制的直接功率控制(DPC-SVPWM)，给出了基于虚磁链的功率估算式，设计了功率调节器参数，对有功功率调节器和无功调节器之间的相互耦合影响关系做了分析，并做了仿真研究。
研究和分析表明，三相电压型PWM 整流器基于空间矢量调制的直接功率控制系统具有结构和算法简单、高功率因数、低谐波、开关频率固定等优点。
关键词：PWM 整流器；直接功率控制；虚磁链；空间矢量Simple Direct Power Control of Three-Phase PWM Rectifier Using Space–Vector Modulation (DPC-SVM)ZHANG Ming-lian [1] YANG Xue-feng [2]（1 The electric staff room of four stations,the air force martial eustitute of xuzhou ） Abstract ：This paper introduces a novel and simple direct power control of three-phase pulse-width -modulated (PWM) rectifiers using space-vector modulation (DPC-SVM). The active and reactive powers are used as the pulse width modu -lated (PWM) control variables instead of the three-phase line currents being used.Moreover, line voltage sensors are replaced by a virtual flux estimator. The theoretical principle of this method is discussed. The results of DPC-SVM thatillustrate DPC -SVM exhibits several features, such as a simple algorithm, good dynamic response, constant switching frequency,and particularly it provides sinusoidal line current when supply voltage is not ideal.Key words ：PWM rectifier;Direct Power control ;Virtual_flux ;Space voltage 引言与感应电机磁场定向的直接转矩控制相似，三相PWM 整流器基于电压的直接功率控制(V oltage-based Direct Power Control ，V-DPC) [1]和基于虚拟磁链定向的直接功率控制(Virtual- Flux-based Direct Power Control ，VF-DPC) [2]是通过直接对整流器输入输出功率进行控制，即通过估算功率和给定功率的偏差来实时确定开关状态的选择，以实现整流器直流侧和网侧能量的平衡。
基于SVPWM的直线电机地铁的驱动控制
基于SVPWM的直线电机地铁的驱动控制张进高;卢琴芬;王利;叶云岳【摘要】The subway train driven by linear induction motor (LIM)has the merits of small turning radius, good climbing ability, simple structure , small size, little maintenance, reliable operation etc.. It has been well used in urban rail transit. In order to further promote and apply linear motor subway, a self-designed subway test line driven by linear induction motor was introduced. Using wireless remote control, a control system based on space vector pulse width modulation (SVPWM) was designed, simulative test was taken in the laboratory. The experimental results show that this control system can meet the various working conditions when the locomotive is running in the test line and work reliably.%地铁列车用直线感应电动机(LIM)驱动,具有转弯半径小、爬坡能力强、结构简单、体积小、维护少、运行可靠等众多优点,已经在城市轨道交通中得到了很好的应用.为进一步推广、应用直线电机地铁,介绍了一条自主设计的直线感应电动机驱动的地铁试验线.采用无线遥控控制,设计了基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)的控制系统,在实验室中进行了模拟试验.试验结果表明该套控制系统能满足机车在试验线上运行时的各种工况并可靠地工作.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2011(028)010【总页数】4页(P1260-1263)【关键词】轨道交通;地铁;直线感应电机;空间矢量脉宽调制【作者】张进高;卢琴芬;王利;叶云岳【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TM359.4直线电机驱动的地铁由直线感应电动机(LIM)产生驱动力推动车辆运行，而不再依靠轮轨之间的摩擦力传递动力，与传统旋转电机驱动的地铁相比，具有振动小、噪声低、爬坡能力强、通过曲线半径小、结构简单、体积小、造价低、能耗低、污染小、安全性能高等众多优点［1-5］。
基于SVPWM的VIENNA整流器研究
基于SVPWM的VIENNA整流器研究王正;谭国俊;曾维俊;柳萌【摘要】分析了三相三开关三电平(VIENNA)整流器的工作原理,研究了其空间矢量脉宽调制(SVPWM)的实现方法,提出了此整流器的矢量控制策略.采用电压外环和电流内环的双闭环控制,实现了VIENNA整流器的高性能特性.基于Matlab仿真平台,搭建了VIENNA整流器的仿真模型,仿真结果表明,该整流器能实现良好的动态性能和稳态性能.%The working principle of three-phase three-switch three-level (VIENNA) rectifier was analyzed, and its implement method of space vector pulse width modulation (SVPWM) was researched. On that basis, the vector control strategy of VIENNA was proposed. It achieved the high performance characteristics of VIENNA rectifier by using dual closed loop with voltage outer loop and current inner loop. Furthermore, based on the platform of Matlab simulation,the simulation model of VIENNA rectifier was built. The simulation results show that the rectifier can achieve both good dynamic performance and good static performance.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】4页(P31-34)【关键词】VIENNA整流器;矢量控制;空间矢量脉宽调制;中点电位平衡【作者】王正;谭国俊;曾维俊;柳萌【作者单位】中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏,徐州,221006;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏,徐州,221006;江苏天奇物流系统工程股份有限公司,江苏,无锡,214187;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏,徐州,221006【正文语种】中文【中图分类】TM461二极管和晶闸管整流器在电力电子行业中得到广泛应用，但由于其功率因数低并向电网注入了较高的电流谐波，所以对电网污染严重。
基于SVPWM控制的电压型可逆整流器的研究
・
５ ６・
化 工
自 动 化 及 仪 表
第３ ７卷
Ｏ Ｆ状态 ， Ｆ 通过 Ｓ Ｓ Ｓ 的状态可 以确定 出八种工 。、 、。
处于 Ｏ Ｆ Ｆ 状态 ， 通过 ｓ 、 ｓ 的状态可确 定出四种工作
状态。 择 Ｖ （０ ） （０ ） （０ ）或 Ｖ（０ ） 选 ｏ００ 、 ０１ 、 １１ ｏ００ 、 （０ ） （０ ） １０ 、 １１ 来合成给定 的电压矢量。
３ 控 制 系 统 设 计 ３１ Ｓ Ｐ ． Ｖ ＷＭ 控 制 系统 分 析
传 统的整流器广泛采用 了二极管不控整流或者 晶闸管相控整流 电路 ， 电网注入 了大量谐 波及无 对 功 。Ｐ ＷＭ整流器 由于功率因数可控 ， 入 电流波形 输 为正弦 ， 并能够实现能量的双向流动 ， 因而受到 了广
直 接 电流 控 制 方 式 。建 立 了整 流 器 和 控 制 系统 的 仿 真 模 型 ， 过仿 真 分 析 的 结 果 验证 了理 论 分析 的 正确 性 。 通
关键词 ： Ｐ ＷＭ 整流 ； 间电压矢量 ； 空 两相调制 ； 仿真 中图分类号 ： Ｍ ６ 文献标识码 ： 文章编号 ： ００３ ３ （０ ０ １ － ５ －４ Ｔ ４１ Ａ １０ － ２ ２ １ ）２０ ５０ ９ ０ １ 引 言
泛 的关注 。常 规 的 Ｓ ＷＭ 整 流器利 用 三 角波 与 正 Ｐ
设 电源 电压 、 电流相位差 为 ， 角频率为 ， 依
据空 间矢量 的定义 ， 电源 电压 、 电流和网侧电压 的空
间矢 量 分 别 为 ：
’
弦信号 比较来 控制 开关 动作 输 出 Ｐ ＷＭ 波形 ， 在 存 着直流 电压利 用率低 ， 不适 合用 数字方 法实现 等缺 点， 而将空间 电压矢 量 的思想 引入 到 Ｐ ＷＭ 整 流器 的控制 中， 获得 比 Ｓ ＷＭ更 高 的直 流 电压 率 。 可 Ｐ 本文重点根据三相 电压 型 Ｐ ＷＭ 整流器 的原理 和特
基于SVPWM的直线电机地铁的驱动控制
（ 江 大学 电气工 程学 院 ， 浙 浙江 杭 州 ３ ０ ２ ） １ ０ ７
摘要 ： 地铁列 车用直线感应 电动机 （ Ｉ 驱动 ， 有转弯半 径小 、 ＬＭ） 具 爬坡 能力强 、 构简单 、 积小 、 结 体 维护 少 、 行可 靠等众 多优点 ， 运 已
０ 引 言
直线 电机 驱 动 的地 铁 由直 线感 应 电动机 （ Ｉ 产 Ｌ Ｍ）
应 用 ， 是 目前 我 国使用 的 直线 电机 地 铁 是 由 中国 南 但 车集 团 、 中国北 车集 团 跟 川 崎 重工 、 藤 忠 、 巴迪 等 伊 庞
外 资企 业联合 生 产 的 ， 些关键 部 件 、 一 机车 电力传 动 控 制 等关 键技 术都 是 引进 吸收 的 ， 因此 研 究 直 线 电机 驱 动 和控 制地 铁技 术 ， 我 国推 广 、 对 应用 直线 电机 地铁 具 有 重要 意义 。 本 研究 针对 直线 电机地铁 试 验线 组建 了一个 可靠 的控 制系统 ， 用无 线 遥 控 控 制 ， 计 了基 于 Ｓ Ｐ 采 设 Ｖ ＷＭ
Ｋｅ ｏ ｄ ：ｒａ ａｓ ；ｓｂ ａ ； ｉｅｒｉ ｕｔ ｎｍ ｔ ＬＭ）； ｐｃ ｅｔ ｕｓ ｉ ｈｍｏｕａｏ Ｓ Ｐ ｙｗ ｒｓｕｂｎｔ ｎｉ ｕ ｗ ｙ ｌ ａ ｎ ｃｉ ｏ ｒ（ Ｉ ｒ ｔ ｎ ｄ ｏ ｏ ｓａｅｖｃ ｒｐｌ ｗｄ ｄｌｔ ｎ（ Ｖ ＷＭ） ｏ ｅ ｔ ｉ
多优 点 ¨ ｊ 。正是 因为 这 些 优 点 ， 加拿 大 、 日本 、 国 、 美 马来 西亚 和 我 国相 继 建 设 了若 干 条 直 线 电机 地 铁 线 路 。 目前 我 国广 州地 铁 ４号线 、 ５号线 已经 采 用直 线 电机技 术 ， 线 优 势 明显 ， 行效 果 良好 ， 州地 铁 选 运 广 ６ ７号线 将采 用直 线 电机 技术 ＿ ； 、 ８ 首都 国 际机 场线 也 采 用直 线 电机 驱动 。虽 然直 线 电机地 铁在 我 国获 得 了
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现代城市轨道交通系统采用直流供电，供电系统主要包括高压电源系统（即城市电网，主要给城市轨道交通提供外部电源）、牵引供电系统（为列车提供电力，由牵引变电所和接触网组成）和动力照明系统（由降压变电所和动力照明配电线路组成），如图1所示。
其中牵引供电系统是地铁直流供电系统的关键组成部分。
整流变压器和整流器统称为整流机组，是牵引供电系统的核心设备，它的作用是将环网电缆交流电经降压整流后输出直流电供给地铁接触网，实现直流牵引供电。
直接功率控制（DPC ）是在瞬时功率理论的基础上发展起来的，目前国内地铁整流器大部分采用电流控制，即电压外环和电流内环，而直接功率控制策略直接对有功功率、无功功率进行控制，根据给定功率与实际功率之间的误差得到控制整流器的脉冲信号，省去电流内环、电压外环，控制方法简单。
笔者将直接功率控制策略应用于地铁牵引整流器控制中，通过Matlab/Simulink 仿真验证该方法的可行性[1]。
1地铁牵引整流系统数学模型地铁牵引整流系统结构简图如图2所示。
根据电路原理，可以得到整流系统的状态空间方程：。
（1）基于SVPWM 地铁牵引整流器直接功率控制研究李东阳（中铁十八局集团轨道交通工程有限公司，北京100044）摘要：城市现代轨道交通要求系统具备良好的供电性能。
牵引整流器是地铁供电的核心，在传统牵引整流器控制方法的基础上，提出了一种基于空间矢量的直接功率控制（SVPWM-DPC ）方案。
直接功率控制（DPC ）仅需利用瞬时功率理论，计算出瞬时有功功率与无功功率，得到的结果分别与PI 调节得到的参考有功功率以及给定的无功功率比较，经过SVPWM 调制控制地铁牵引整流器。
通过Matlab/Simulink 仿真得出SVPWM-DPC ，并应用于地铁牵引整流器中，研究结果表明，该方法控制算法简单，电流谐波小，动态和稳态性能良好。
关键词：地铁供电；牵引整流器；瞬时功率理论；SVPWM-DPC 中图分类号：U 223；U 231.8文献标志码：B文章编号：1009-7767（2016）S1-0156-04Research of Direct Power Control of Metro Traction Rectifier Based on SVPWMLi Dongyang图1城市轨道交通供电系统图2地铁牵引整流系统电路图ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ施工技术篇式中：e a 、e b 、e c 分别为三相交流电压；i a 、i b 、i c 为三相电流；R 为每相等效电阻；L 为每相滤波电感；c 为直流侧电容；I dc 为直流侧的输出电压；T i （i =1，2，3）表示变流器各桥臂的通断情况，T i =1时上桥臂导通，下桥臂关断，T i =0反之[2]。
根据Clark 变换，可得两相静止αβ坐标系下地铁牵引整流系统的数学模型：。
（2）两相静止αβ坐标系下建立的地铁牵引整流系统数学模型如图3所示[3]。
2基于SVPWM-DPC 地铁牵引整流器控制基于SVPWM-DPC 的地铁牵引整流器控制系统如图4所示，控制系统主要由直流电压外环和功率控制内环组成，直流侧电压、瞬时有功、无功功率的闭环调节均采用PI 调节器，瞬时有功功率给定值p ref 由直流侧电压PI 调节器的输出乘以直流侧电压U dc 得到。
为了实现单位功率因数运行，设置给定无功功率为q ref =0，通过SVPWM 得到S a 、S b 、S c ，从而控制逆变器上桥臂与下桥臂的开关导通[4]。
2.1瞬时有功、无功功率计算两相静止αβ坐标系下，瞬时有功、无功功率计算式：。
（3）2.2PI 调节器实现交流侧线路电阻R 以及开关损耗忽略不计，整流系统运行状态达稳定，可得：。
（4）式中：u dc 为直流侧电压；c 为直流侧电容；R L 为直流侧电阻。
假设，公式（4）简化为：。
（5）经过Laplace 变换得：。
（6）介于功率内环开关频率高，等效惯性环节可表示为[4]：。
（7）DPC 系统增设低通滤波器，其截止频率为1/T C ，这样可以减小纹波。
结合式（6）、（7），可得基于SVPWM-DPC 的地铁牵引整流器控制系统结构如图5所示。
G PI （s ）为PI 调节数学函数，图中T C 为截止周期，T p 为滤波周期[5]。
，控制系统开环传递函数为：。
（8），，忽略瞬时功率惯性环节，，式（8）简化为：。
（9）PI 调节参数参数K p 、K i 可表达为[6]：图4基于SVPWM-DPC地铁牵引整流器控制系统图3两相静止αβ坐标系并网逆变器数学模型图5基于SVPWM-DPC地铁牵引整流器控制结构图ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ施工技术篇。
（10）2.3SVPWM 调制定频SVPWM 调制输入电压u α、u β为：。
（11）定频SVPWM 调制基本电压矢量u k 可表示为：。
（12）SVPWM 控制的主要目的是利用基本电压矢量，合成控制系统中所需交流侧输入电压空间矢量。
如图6所示，6个非零向量组成了编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ的6个扇区。
对于任何给定电压空间矢量V *，可以由8个基本的空间电压矢量来合成得到[7]。
对扇区Ⅰ电压空间矢量进行分析：。
（13）设V *与V 1之间夹角为α，根据正弦曲线分析法可得：。
（14）对于，作用时间可表示为[8]：。
（15）3仿真分析利用Matlab ／Simulink7.10仿真软件建立基于SVPWM-DPC 的地铁牵引整流器控制系统模型，具体参数设置为：网侧线电压380V ，L =3mH ，负载R =24.5Ω，c =3.5mF ，q ref =0Var ，u *dc =1500V ，仿真结果如图7～9所示[9]。
由图7可知，网侧a 相电流波形正弦度良好，电流与电压相位相同，说明整流器工作在单位功率因数工况下，单位功率因数近似为1[10]，电流在很快的时间内就达到了稳定值，系统的动态响应速度快[11]。
由图8可知，瞬时有功功率在40kW ，而瞬时无功功率在0Var 左右，因此，功率因数接近于1。
瞬时有功功率及无功功率很快就接近给定值，动态响应速度快。
图6基本电压矢量合成图7网侧a 相电压、电流波形图8瞬时有功、无功功率图9地铁牵引整流器输出电压（下转第161页）ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ施工技术篇（上接第158页）由图9可知，整流机组输出空载直流电压波形为1500V，输出电压脉动小，符合地铁直流供电性能要求。
4总结地铁牵引整流器控制策略是实现地铁直流供电的核心环节，通过仿真结果可以看出，将SVPWM-DPC 控制策略应用于地铁牵引整流器控制中，具有控制方案思路简单，无需特别复杂的坐标变换，动态响应快，继承了直接功率控制等优点。
该研究结果对地铁直流供电具有一定的意义[12]。
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电及场地照明的需要系数为1，tanφ=0.48，由此可得计算负荷为：P30-6=40×1=40kW；Q30-6=40×0.48=19.20kvar。
3.3确定现场总计算负荷地铁施工具有不同工序施工阶段对投入用电设备的需要程度不同，很多设备同时使用的概率很小的特点，根据此特点及以往相同工法的施工经验，取有功功率与无功功率同时系数为0.8。
则：P js=0.8×（135+30.70+330+220.80+33+40）=578.60kW；Q js=0.8×（233.55+82.28+247.50+258.34+42.24+ 19.20）=706.49kvar；S js=947.65kVA。
4无功补偿及设备选型通过以上计算可知，地铁施工现场的临时用电设备消耗的无功功率较大，为706.49kvar，而有功功率仅为578.60kW，经计算得功率因数为0.63。
供电部门要求用户的月平均功率因数达到0.9以上。
考虑节能和降低对高压侧的影响等因素，需进行无功补偿，通过并联电容方式将功率因数补偿到0.92。
补偿电容容量Q c=P js×（tanφ1－tanφ2）=P js×q c，取补偿率为0.81，计算得补偿容量为468.67kvar，取Q c=470kvar。
补偿后无功功率为236.49kvar，功率因数为0.924，视在功率为625.06kVA。