【摘 要】
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随着我国经济社会的不断发展,铁路运输越来越成为我国交通运输蓝图中不可或缺的角色,特别是和谐号CRH2型动车组的成功研制,为我国铁路事业的发展注入了新的动力。目前,我国电力机车多采用交-直-交型传动系统,其中后级逆变器的性能在很大程度上影响着整个牵引系统的运行性能。对于电力机车高电压、大电流、大功率的复杂控制系统,受到功率器件开关损耗及散热条件的限制,逆变器的开关频率一般只有几百赫兹,最高不会超过1
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随着我国经济社会的不断发展,铁路运输越来越成为我国交通运输蓝图中不可或缺的角色,特别是和谐号CRH2型动车组的成功研制,为我国铁路事业的发展注入了新的动力。目前,我国电力机车多采用交-直-交型传动系统,其中后级逆变器的性能在很大程度上影响着整个牵引系统的运行性能。对于电力机车高电压、大电流、大功率的复杂控制系统,受到功率器件开关损耗及散热条件的限制,逆变器的开关频率一般只有几百赫兹,最高不会超过1k Hz,这就导致牵引逆变器会产生大量低次谐波,严重影响机车的平稳运行。本文以应用于大功率电力机车的二极管箝位型三电平逆变器作为特定研究对象,重点对其特定谐波消除脉宽调制技术（SHEPWM）进行分析,在此基础上对永磁同步电机矢量控制策略进行研究。本文主要研究内容及创新点如下:（1）介绍了二极管箝位型三电平逆变器的拓扑结构及工作原理,在此基础上对单双极性调制方式下的SHEPWM消谐模型进行详细推导,并对常用于求解SHEPWM非线性方程组的几种算法进行分析。（2）针对传统数值算法在求解SHEPWM非线性方程组时,存在初值依赖性较高且不易收敛的问题,本文引入头脑风暴优化算法。该算法无需初值,且具有良好的搜索速度和较强的收敛性。以消除4阶次谐波为例,给出全调制比范围内的一组开关角解集和较高调制比下的另外两组解,并对SHEPWM产生多解性的原因进行研究。（3）为解决仿真结果精度不高的问题,引入牛顿迭代法。将头脑风暴优化算法与牛顿迭代法相融合,利用牛顿迭代法提高求解精度。通过Matlab平台对混合算法进行仿真验证。结果表明相、线电压中的5、7、11、13次谐波及3的倍数次谐波完全消除,总体谐波含量明显低于头脑风暴优化算法。在此基础上,研究未被消除的剩余谐波分布规律及幅值控制方式。（4）利用SHEPWM三电平逆变器作为PMSM的驱动环节,在矢量控制系统的转速控制环节设计了一种模糊RBF神经网络PID控制器。将模糊控制和RBF神经网络的各自优势相结合,优化PID控制器参数。对PMSM空载启动和突加负载等情况下进行仿真分析。结果表明该控制器在转速控制精度和动态响应方面具有其独特的优越性。该论文有图87幅,表19个,参考文献58篇。
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