新型直線電機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的開關(guān)電源設(shè)計(jì)

除了以上闡述的傳統(tǒng)PI控制，本系統(tǒng)還應(yīng)用了前饋補(bǔ)償?shù)乃枷耄辉僦灰訮I決定控制脈沖占空比，加入了前饋補(bǔ)償計(jì)算結(jié)果，使得控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度更快。PI調(diào)節(jié)模塊作為“微調(diào)”，使得輸出電壓紋波系數(shù)更小，穩(wěn)定性更佳，有效抑制了系統(tǒng)因沖擊、震蕩所引起的輸出劇烈波動(dòng)。具體應(yīng)用方法如公式(17)所示。

上式中，D為最終IGBT控制脈沖占空比；PLout為PI調(diào)節(jié)模塊計(jì)算結(jié)果；Uref為前饋補(bǔ)償計(jì)算給定值，這里取各級(jí)電壓閉環(huán)的額定輸出電壓；Uin為前饋補(bǔ)償計(jì)算輸入值，這里取各級(jí)電壓閉環(huán)的輸入電壓。因此，Uref／Uin即為前饋補(bǔ)償計(jì)算結(jié)果。
2．4 保護(hù)策略
如前文所述，內(nèi)蒙新型直線電機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)試驗(yàn)線存在弓網(wǎng)關(guān)系差的問(wèn)題，在某些區(qū)段頻繁出現(xiàn)短時(shí)掉電-再上電的現(xiàn)象，進(jìn)而在前級(jí)BUCK電路的電感、電容上產(chǎn)生沖擊電流、沖擊電壓。其中，尤以沖擊電流對(duì)系統(tǒng)的損害作用最大。經(jīng)仿真，采用前文所選電路器件參數(shù)和閉環(huán)控制策略，10 ms脫弓情況下，電流沖擊一般會(huì)達(dá)到90A。除此之外，系統(tǒng)還可能出現(xiàn)各種過(guò)壓、過(guò)流故障。因此，采取有效的保護(hù)策略，抑制沖擊電流過(guò)大，保證系統(tǒng)穩(wěn)定是十分必要的。具體保護(hù)邏輯如下：
1)輸入過(guò)壓——封鎖全部控制脈沖，過(guò)一段時(shí)間后(10 s)進(jìn)行檢測(cè)，若此時(shí)并無(wú)過(guò)壓情況，則重新啟動(dòng)脈沖。DC／DC變換電路直接恢復(fù)至保護(hù)前占空比，BUCK電路進(jìn)入軟啟動(dòng)模式，以當(dāng)前UDC600V／UDC1500V為占空比起始點(diǎn)，依時(shí)序逐漸增大占空比，直到DC600 V達(dá)到額定值為止。輸入過(guò)壓保護(hù)值取1800V。
2)輸入欠壓——這種故障中主要出現(xiàn)于網(wǎng)側(cè)短時(shí)掉電情況下。輸入欠壓保護(hù)后，僅封鎖BUCK電路控制脈沖，在控制系統(tǒng)每一時(shí)序周期對(duì)網(wǎng)壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦恢復(fù)正常，BUCK電路進(jìn)入軟啟動(dòng)模式，方式同I。輸入欠壓保護(hù)值取1 000 V。
3)DC600V過(guò)壓——封鎖全部控制脈沖，中間電壓經(jīng)由壓倉(cāng)電阻緩慢泄放，當(dāng)?shù)陀?50 V時(shí)，系統(tǒng)重新啟動(dòng)脈沖。方式同I。DC600 V過(guò)壓保護(hù)值取700V。
4)輸出過(guò)壓、欠壓——封鎖全部控制脈沖，5 s后系統(tǒng)重新啟動(dòng)。如果在1分鐘內(nèi)重啟次數(shù)超過(guò)3次，則系統(tǒng)停機(jī)，不再重啟，人工進(jìn)行故障修復(fù)。輸出過(guò)壓保護(hù)值取30 V，欠壓保護(hù)值取20 V。
5)輸出過(guò)流——當(dāng)IfhIoutIdl時(shí)，即輸出發(fā)生過(guò)負(fù)荷，但尚未發(fā)生短路故障時(shí)，通過(guò)降低輸出電壓的方式抑制過(guò)負(fù)荷電流；當(dāng)Iout> Idl時(shí)，即輸出發(fā)生短路時(shí)，封鎖全部控制脈沖，系統(tǒng)停機(jī)，人工進(jìn)行故障修復(fù)。


3 系統(tǒng)仿真
利用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真，搭建模型如圖5所示。

圖6所示為系統(tǒng)仿真電壓波形圖。1通道為DC600 V波形；2通道為DC24 V波形；3通道為變壓器原邊波形；4通道為二極管整流后波形。