文档名：三电平辅助变流器寿命优化控制
摘要：辅助变流系统是动车组车辆上关键的电气组成部分,主要为空调机组、风机、照明等交流负载提供稳定的三相电源.结温是影响动车组三电平辅助变流器IGBT(Insulated-gateBipolarTransistor)模块寿命的主要因素.为了提高动车组三电平中点钳位(Neutral-PointClamped,NPC)型辅助变流器寿命,提出一种降低结温的模型预测电流控制(ModelPredictiveCurrentControl,MPCC)策略.首先,考虑传统MPCC在每个采样周期需要代入27个电压矢量循环计算,计算量较大,因此将三电平基本电压矢量划分在间隔60°的6个扇区中,通过计算电压矢量在两相静止坐标下的相角,进而判断参考电压矢量所处扇区,将备选矢量数目从27缩减至10,减少了计算量;其次,传统MPCC直接应用于动车组辅助变流器会使IGBT模块的结温较高,老化速度加快,对变流器安全稳定运行产生不可预测的损害,本文对IGBT模块的开关损耗和导通损耗进行近似等效,得到了和集射极电压、集电极电流相关的功率损耗因子.通过预测每相电流的方向,进而预测IGBT模块的开关和导通情况,动态加入功率损耗因子,并在代价函数中约束每相IGBT及其续流二极管(FreeWheelingDiode,FWD)的功率损耗,使得最优电压矢量在降低功率损耗的同时保证一定的控制性能.通过仿真与实验验证,本文所提方法相比传统MPCC策略降低了功率器件的结温,提高了变流器寿命.
Abstract：TheauxiliaryconvertersystemisakeyelectricalcomponentofEMUvehicles,whichmainlyprovidesstablethree-phasepowersupplyforACloadssuchasairconditioningunits,fansandlighting.Junctiontemperatureisthemainfactoraffectingthelifeofthethree-levelauxiliaryconverterinsulated-gatebipolartransistor(IGBT)bytheEMU.Inordertoimprovethelifeofthethree-levelneutralpointclamped(NPC)auxiliaryconverter,thispaperproposedalowerjunctiontemperaturemodelpredictivecurrentcontrolstrategy(MPCC).Firstly,consideringthatthetraditionalMPCCneedstosubstitute27voltagevectorcyclesineachsamplingcycle,thecalculationamountwasrelativelylarge.Therefore,thethree-levelbasicvoltagevectorwasdividedinto6sectorswithanintervalof60°.Bycalculatingthephaseangleofthevoltagevectorinthetwo-phasestaticcoordinate,thesectorinwhichthereferencevoltagevectorwaslocatedisjudged.Thenumberofalternativevectorwasreducedfrom27to10.Reducetheamountofcomputation.Secondly,thedirectapplicationofthetraditionalMPCCtotheauxiliaryconverteroftheEMUwillmakethejunctiontemperatureoftheIGBTmodulehigherandtheagingspeedfaster,resultinginunpredictabledamagetothesafeandstableoperationoftheconverter.Therefore,inthispaper,theswitchinglossandconductionlossoftheIGBTmodulewereapproximatelyequivalent,andthenthepowerlossfactorsrelatedtotheemittervoltageandcollectorcurrentwereobtained.Bypredictingthedirectionofcurrentineachphase,andthenpredictingtheswitchingandconductionlossconditionofIGBTmodule,thepowerlossfactorwasdynamicallyadded.ThepowerlossofeachphaseIGBTanditsfreewheelingdiode(FWD)wasconstrainedinthecostfunction.Theoptimalvoltagevectorcanreducethepowerlossandensurecertaincontrolperformance.Throughsimulationandexperiment,comparedwiththetraditionalMPCCstrategy,theproposedmethodcanreducethejunctiontemperatureofthepowerdeviceandprolongingtheconverterlife.
作者：向超群 杜京润 孙士杰 李佳怡 范子寅 于天剑 Author：XIANGChaoqun DUJingrun SUNShijie LIJiayi FANZiyin YUTianjian
作者单位：中南大学交通运输工程学院,湖南长沙410075中车长春轨道客车股份有限公司,吉林长春130062
刊名：铁道科学与工程学报
Journal：JournalofRailwayScienceandEngineering
年，卷(期)：2024, 21(1)
分类号：U266
关键词：三电平中点钳位型辅助变流器 功率损耗 模型预测电流控制 损耗因子 变流器寿命
Keywords：three-levelneutralclampingauxiliaryconverter powerloss modelpredictivecurrentcontrol lossfactor converterlife
机标分类号：TP212TM421TP333
在线出版日期：2024年2月26日
基金项目：国家自然科学基金，国家重点研发计划三电平辅助变流器寿命优化控制[
期刊论文] 铁道科学与工程学报--2024, 21(1)向超群 杜京润 孙士杰 李佳怡 范子寅 于天剑辅助变流系统是动车组车辆上关键的电气组成部分,主要为空调机组、风机、照明等交流负载提供稳定的三相电源.结温是影响动车组三电平辅助变流器IGBT(Insulated-gateBipolarTransistor)模块寿命的主要因素.为了提高动车组...参考文献和引证文献
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