基于模型預測控制的車網(wǎng)電氣量低頻振蕩抑制策略研究.pdf

1、隨著高鐵的迅速發(fā)展，我國鐵路網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，且越來越多的高速動車組和大功率電力機車投入運行，形成了一個交互過程復雜的車網(wǎng)耦合系統(tǒng)。到目前為止，車網(wǎng)耦合系統(tǒng)低頻振蕩現(xiàn)象已經(jīng)在多地出現(xiàn)，使鐵路系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行面臨嚴峻挑戰(zhàn)，因此亟待對其產(chǎn)生機理和抑制措施展開研究。由于動車組或電力機車脈沖整流器控制方法是影響低頻振蕩的關鍵因素，本文以振蕩抑制為主要目標，結(jié)合模型預測控制在電力變流器控制方面的優(yōu)勢，先設計了基于狀態(tài)估計的多變量最優(yōu)控制，實現(xiàn)狀態(tài)

2、反饋線性化;為了更好地處理動車組脈沖整流器的非線性特性，凸顯模型預測控制的優(yōu)勢，又設計了解耦預測電流控制和模型預測直接功率控制;再通過設計擾動估計器提高模型預測控制的魯棒性，實現(xiàn)了基于擾動估計的魯棒模型預測控制。通過對比仿真分析，評估了提出的方法對脈沖整流器控制性能的改善效果和對振蕩的抑制能力。
　　首先，通過對動車組牽引傳動系統(tǒng)進行建模，獲得了脈沖整流器等效電路。再通過對等效電路進行分析，構(gòu)建了脈沖整流器狀態(tài)空間模型并對其進行簡

3、化?；诤喕Ｐ屯瓿珊罄m(xù)設計內(nèi)容:構(gòu)造設置值計算模塊，計算狀態(tài)量的設置值;設計線性二次型最優(yōu)控制器，實現(xiàn)狀態(tài)量最優(yōu)反饋;推導閉環(huán)狀態(tài)觀測器，對狀態(tài)量進行估計。最終，實現(xiàn)了基于狀態(tài)估計的多變量最優(yōu)控制。通過在閉環(huán)狀態(tài)空間模型中考慮多車接入牽引網(wǎng)時車數(shù)和牽引網(wǎng)等效阻抗的影響進行閉環(huán)特征值分析，驗證了該方法的穩(wěn)定性。對比傳統(tǒng)瞬態(tài)直接電流控制，通過Matlab/Simulink和RT-LAB平臺驗證了該方法具有更好的控制性能和低頻振蕩抑制效果。

4、
　　再次，為了更好處理動車組脈沖整流器的非線性特性，實現(xiàn)輸入電流和功率的良好跟蹤，結(jié)合脈沖流器有限控制集合的特性，并根據(jù)其交流側(cè)動態(tài)特性方程，推導了解耦電流預測模型和功率預測模型。由dq電流分量與其設置值的誤差構(gòu)建電流代價函數(shù)，由有功無功功率與其參考值的誤差構(gòu)建功率代價函數(shù)，通過使代價函數(shù)最小化計算獲得最優(yōu)控制量并用于控制輸出，最終實現(xiàn)了解耦預測電流控制和模型預測直接功率控制。通過Matlab/Simulink仿真對比了二者的控

5、制效果，并在RT-LAB平臺上對模型預測直接功率控制進行了驗證。
　　最后，為了提高模型預測控制的魯棒性，在構(gòu)建動車組脈沖整流器預測模型時，考慮了電路參數(shù)不確定性的影響，并采用dq電流分量與其設置值誤差的平方和作為代價函數(shù)。通過構(gòu)建擾動估計器狀態(tài)空間方程，推導其閉環(huán)特征值表達式并繪制特征值分布圖，完成關鍵參數(shù)的計算和選取，最終實現(xiàn)了基于擾動估計的魯棒模型預測控制。由改進后的預測模型計算電流預測值，通過最小化代價函數(shù)求取控制電壓變化