Меню
Публикации
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
Главный редактор
НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
Партнеры
doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-2-382-389
УДК 62-83
Метод активного демпфирования напряжения с отрицательной обратной связью по току звена постоянного тока в электрических и гибридных электрических трансмиссиях
Читать статью полностью
Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования:
Аннотация
Ссылка для цитирования:
Столяров Е.О., Гуляева М.А., Анучин А.С., Жарков А.А., Лашкевич М.М., Алямкин Д.И. Метод активного демпфирования напряжения с отрицательной обратной связью по току звена постоянного тока в электрических и гибридных электрических трансмиссиях // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2023. Т. 23, № 2. С. 382–389. doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-2-382-389
Аннотация
Предмет исследования. Электрические и гибридные электрические трансмиссии в тяговом приводе имеют в составе источник питания ограниченной мощности. Поскольку тяговый привод работает в режиме источника момента, напряжение звена постоянного тока становится нестабильным и переходит в колебательный режим. Это приводит к срабатыванию программной защиты, которая предотвращает пробой тягового инвертора по перенапряжению. Граница перехода в колебательный режим определяется мощностью и величиной емкости, устанавливаемой в звено постоянного тока электрической трансмиссии. Для увеличения надежности тяговых инверторов электролитические конденсаторы большой емкости заменяются на пленочные конденсаторы малой емкости, что делает систему более склонной к колебаниям. Для решения подобной проблемы применяются методы активного демпфирования, позволяющие изменять динамические характеристики двигателя средствами системы управления. Пропорциональное регулирование мощности является самым простым методом, при котором тяговый привод имитирует RL-нагрузку. Метод пропорционального регулирования момента позволяет регулировать задание момента в соответствии с изменением напряжения звена постоянного тока. Метод. В работе представлен новый метод демпфирования с отрицательной связью по току звена постоянного тока. При этом момент корректируется динамически в зависимости от тока, потребляемого тяговым инвертором от общего звена постоянного тока электрической трансмиссии. Основные результаты. Методами математического моделирования выполнено сравнение известных и предложенного методов активного демпфирования напряжения звена постоянного тока. Разработаны математические модели в среде MATLAB Simulink, позволяющие исследовать демпфирующее способности при различных значениях мощности, потребляемой тяговым инвертором. Показано, что разработанный метод с отрицательной обратной связью по току звена постоянного тока обладает простотой настройки и наилучшей демпфирующей способностью. В сравнении с методами пропорционального регулирования мощности и пропорционального регулирования момента предложенный вариант обладает робастностью при настройке параметров, обеспечивает большой коэффициент демпфирования во всем диапазоне изменения мощности тягового привода и имеет малую длительность переходного процесса. Практическая значимость. Новый метод может быть использован для подавления колебаний напряжения звена постоянного тока на любых типах тяговых инверторов гибридных электрических и полностью электрических транспортных средств и обеспечивает стабильную и надежную работу оборудования.
Ключевые слова: электротрансмиссия, активное демпфирование, колебания звена постоянного тока, тяговый привод, звено постоянного тока
Благодарности. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 21-19-00696)
Список литературы
Благодарности. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 21-19-00696)
Список литературы
-
Sudhoff S.D., Corzine K.A., Glover S.F., Hegner H.J., Robey H.N. DC link stabilized field oriented control of electric propulsion systems // IEEE Transactions on Energy Conversion. 1998. V. 13. N 1. P. 27–33. https://doi.org/10.1109/60.658200
-
Lu D., Wang X., Blaabjerg F. Impedance-based analysis of DC-link voltage dynamics in voltage-source converters // IEEE Transactions on Power Electronics. 2019. V. 34. N 4. P. 3973–3985. https://doi.org/10.1109/TPEL.2018.2856745
-
Zhao S., Chou W. Analytic model of the voltage oscillation in a power conversion system with DC-link capacitors // Proc. of the 2021 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). 2021. P. 5554–5560. https://doi.org/10.1109/ECCE47101.2021.9595713
-
Maheshwari R., Munk-Nielsen S., Henriksen B., Obel P.M., Kragh H. Active damping technique for small DC-link capacitor based drive system // Proc. of the 2010 IEEE International Symposium on Industrial Electronics. 2010. P. 1205–1209. https://doi.org/10.1109/ISIE.2010.5636895
-
Wang D., Lu K., Rasmussen P.O., Mathe L., Feng Y. Analysis of voltage modulation based active damping techniques for small DC-link drive system // Proc. of the 2015 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). 2015. P. 2927–2934. https://doi.org/10.1109/ECCE.2015.7310070
-
Zhang Z., Guo H., Liu Y. DC-link voltage constraint strategy for DC power supply film-capacitor drive system based on improved model predictive control // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2022. V. 69. N 10. P. 9849–9859. https://doi.org/10.1109/TIE.2022.3150105
-
Khan M.F., Li W., Gao Q. An effective control strategy based on DC-link voltage regulation for an electrolytic capacitor-less IPMSM drive // Proc. of the 21st International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). 2018. P. 1246–1251. https://doi.org/10.23919/ICEMS.2018.8549378
-
Céspedes M., Beechner T., Xing L., Sun J. Stabilization of constant-power loads by passive impedance damping // Proc. of the 2010 Twenty-Fifth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). 2010. P. 2174–2180. https://doi.org/10.1109/APEC.2010.5433538
-
Liu J., Zhang Y., Shen W. Suppression of DC-link voltage oscillation method for capacitorless control based on active damping technique // Proc. of the IEEE 9th International Power Electronics and Motion Control Conference (IPEMC2020-ECCE Asia). 2020. P. 3123–3127. https://doi.org/10.1109/IPEMC-ECCEAsia48364.2020.9368217
-
Merai M., Naouar M.W., Slama-Belkhodja I., Monmasson E. An adaptive PI controller design for DC-link voltage control of single-phase grid-connected converters // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2019. V. 66. N 8. P. 6241–6249. https://doi.org/10.1109/TIE.2018.2871796
-
Mora A., Cárdenas R., Urrutia M., Espinoza M., Díaz M. A vector control strategy to eliminate active power oscillations in four-leg grid-connected converters under unbalanced voltages // IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics. 2020. V. 8. N 2. P. 1728–1738. https://doi.org/10.1109/JESTPE.2019.2921536
-
Ferdous M.J., Salma U., Kabir S., Sharif S.E. Mitigating the voltage fluctuation of dc capacitor and coupling point using capacitor current control method in DFIG system // Proc. of the 2018 International Conference on Innovation in Engineering and Technology (ICIET). 2018. P. 1–6. https://doi.org/10.1109/CIET.2018.8660879
-
Lee W., Sul S. DC-link voltage stabilization for reduced DC-link capacitor inverter // IEEE Transactions on Industry Applications. 2014. V. 50. N 1. P. 404–414. https://doi.org/10.1109/TIA.2013.2268733
-
Sun W., Ge X., Hu X. A DC-link oscillation suppression strategy in metro traction drive system based on virtural damping resitor // Proc. of the 15th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA). 2020. P. 1395–1400. https://doi.org/10.1109/ICIEA48937.2020.9248355
-
Zhao N., Wang G., Zhang R., Li B., Bai Y., Xu D. Inductor current feedback active damping method for reduced DC-link capacitance IPMSM drives // IEEE Transactions on Power Electronics. 2019. V. 34. N 5. P. 4558–4568. https://doi.org/10.1109/TPEL.2018.2864247