城市軌道交通永磁電機牽引系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、永磁電機以其高效率和高功率密度等優(yōu)勢正成為下一代城市軌道交通牽引電機的一種優(yōu)選方案。然而，受現(xiàn)有技術(shù)條件的制約，永磁電機牽引系統(tǒng)不得不從群控方式向軸控方式轉(zhuǎn)變。這一轉(zhuǎn)變將使得功率開關(guān)器件和電流傳感器的使用數(shù)量急劇增加，進而導致系統(tǒng)可靠性下降。而傳統(tǒng)的直接將故障逆變器及相關(guān)牽引電機從系統(tǒng)中切除的方式，很有可能導致列車牽引系統(tǒng)動力不足。另一方面，現(xiàn)代城市軌道交通牽引系統(tǒng)中普遍采用的再生制動方式顯示了巨大的節(jié)能潛力?？墒莻鹘y(tǒng)的基于鄰車吸收的再

2、生制動能量利用方式面臨著再生制動能量可能無法完全吸收而導致制動電阻啟動的問題。因此，安裝車載儲能裝置已經(jīng)成為一種普遍接受的解決方案。但是現(xiàn)有的能量管理策略基本上都是圍繞儲能裝置來設計，而忽視了永磁電機的存在?；谏鲜隹紤]，本課題提出了一種新型城市軌道交通永磁電機牽引系統(tǒng)。該系統(tǒng)以永磁電機作為牽引電機，安裝車載超級電容儲能裝置，在牽引電機和牽引逆變器之間增加一道容錯橋，采用了多種新型控制策略，增強了城市軌道交通永磁電機牽引系統(tǒng)的可靠性，提

3、高了城市軌道交通永磁電機牽引系統(tǒng)的效率。
　　論文主要研究成果包括如下幾個方面:
　　1.闡述了課題的研究背景及其意義，深入而系統(tǒng)地綜述了城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，重點介紹了城市軌道交通牽引系統(tǒng)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀;
　　2.提出了一種包括車載儲能裝置和容錯型牽引模塊的新型城市軌道交通永磁電機牽引系統(tǒng)，闡述了該系統(tǒng)各個組成部分的結(jié)構(gòu)和工作原理;
　　3.建立了城市軌道交通系統(tǒng)的驅(qū)動級、列車級、線路級多層次數(shù)學

4、模型，基于MATLAB/Simulink搭建了城市軌道交通系統(tǒng)的多層次仿真模型，為城市軌道交通永磁電機牽引系統(tǒng)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究提供了虛擬的城市軌道交通運行環(huán)境，并通過仿真的方法驗證了三種不同層次的數(shù)學模型;
　　4.提出了多電機牽引系統(tǒng)逆變器橋臂故障時的容錯控制策略，在牽引電機和牽引逆變器之間加入了容錯橋，進而提出了容錯型牽引模塊，分別提出了“最小占空比跟蹤法”和“不相鄰選擇原則”，解決了牽引模塊公共橋臂的過流問題，增強了城市軌道

5、交通永磁電機牽引系統(tǒng)應對牽引逆變器故障的能力，并通過實驗驗證了相關(guān)結(jié)論。
　　5.分析了城市軌道交通永磁電機牽引系統(tǒng)電流傳感器的故障情況，提出了相電流傳感器故障情況下的容錯控制策略，通過“最小電流偏差絕對值法”實現(xiàn)相電流重構(gòu)，設計了容錯型電流滯環(huán)控制器，增強了城市軌道交通永磁電機牽引系統(tǒng)應對電流傳感器故障的能力，并通過實驗的方法驗證了相關(guān)結(jié)論。
　　6.提出了升壓型能量管理策略，通過有限升壓的方法減小了永磁電機弱磁運行范圍，