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电力机车辅助变流器控制策略研究
一、引言
随着电力机车技术的不断发展，机车辅助变流器作为电力机车的一个重要组成部分，被广泛运用于机车的电力控制系统当中。辅助变流器的主要作用是将牵引发电机产生的交流电转换成稳定的直流电，为整个机车电控系统提供均流、滤波等功能，同时也可以将多余的电能回馈到接触网中，实现能量的循环利用。
在本文中，我们将主要阐述电力机车辅助变流器控制策略的研究。首先，我们将介绍电力机车辅助变流器的基本原理及其控制环节。然后，我们将深入剖析辅助变流器的控制策略，包括电流控制、电压控制、矢量控制等。最后，我们将通过实际测试与仿真，验证控制策略的实际效果，并对其优化进行探讨。
二、辅助变流器的基本原理及其控制环节
辅助变流器的基本原理是将牵引发电机产生的交流电，通过滤波、调节、逆变等环节，转换成稳定的直流电，以供机车控制系统使用。其控制环节主要包括斩波器、逆变器、滤波器、电流反馈控制器等。
在电力机车辅助变流器控制中，斩波器是一个关键的环节。电流通过斩波器时会产生饱和现象，因此斩波器应具有较高的开关速度和较好的控制精度，以保证系统的稳定性和可靠性。
同时，逆变器也是辅助变流器的重要组成部分。其主要作用是将直流电转化成交流电，进一步为整个机车电控系统提供电力。
滤波器则是为了克服电源电容的限制，使得电力系统得以在超过电源电容值的负载下工作，同时还能降低电力系统的谐波电流。其中，LC滤波器是目前较常用的滤波器类型，其可实现较好的滤波效果。
最后，电流反馈控制器是辅助变流器的另一个关键环节。通过反馈得到斩波器的电流情况，进而调节电流控制环节的参数，以实现系统的电流控制。
三、辅助变流器的控制策略
辅助变流器的控制策略主要包括电流控制、电压控制、矢量控制等，并根据不同情况的实际需求选择相应的控制策略。下面，我们将对各种控制策略进行详细阐述。
1.电流控制
电流控制是辅助变流器控制中常用的一种策略，可用于通电、制动、空载等状态下的控制。其基本思路是通过控制斩波器工作时间，同时进行电流反馈控制，实现电流的控制。
电流控制主要分为单环控制和双环控制两种策略。其中，单环控制只考虑电流，而双环控制除了电流之外，还考虑了滤波器的响应速度和动态特性等因素。在实际应用中，双环控制策略更常见，其较单环控制具有更好的精度和相对稳定性。
但是，电流控制策略的控制范围较窄，无法满足不同工况下电力机车的控制需求，因此需要结合其他控制策略进行综合应用。
2.电压控制
电压控制是另一种常见的辅助变流器控制策略，其基本思路是通过控制逆变器输出电压的大小和相位，来实现对机车系统电压的控制。
电压控制主要分为直接电压控制和间接电压控制两种策略。其中，直接电压控制较为简单，其实现过程为：从感应电动机反馈得到电压大小，进而通过PID控制器进行调节，最终实现对逆变器输出电压的控制。而间接电压控制则通过矢量控制策略综合实现对电压的控制。
3.矢量控制
矢量控制则是目前最先进的辅助变流器控制策略之一。其基本理念是通过相量变换将三相交流电转换为两个正交轴上的独立控制电量，进而分别进行电流、电压的控制。
具体实现过程为：首先将三相交流电通过dq0变换转换成两个正交轴上的独立控制电量，分别为d轴控制电量和q轴控制电量。然后通过PID控制器将d、q轴的控制电量进行调节，最终实现对电流、电压的控制。
四、实验与仿真
为验证辅助变流器控制策略的效果，我们进行了实验与仿真。在仿真实验中，我们采用了MATLAB电力仿真平台，建立了辅助变流器控制系统的模型，并采用了基于PID控制器的电流控制和矢量控制策略进行了模拟实验。在实物实验中，我们采用了高铁辅助变流器控制系统作为实验平台，对两种控制策略进行了实际测试。
通过实验和仿真结果的比较，我们发现矢量控制策略相对于电流控制策略具有更好的跟踪精度和系统相对稳定性，并且还能实现电流、电压的综合控制，更加适用于不同工况下的机车控制需求。因此，在实际应用过程中，矢量控制策略具有更好的推广和应用前景。
五、结论
本文主要对电力机车辅助变流器控制策略进行了研究，并从电流控制、电压控制、矢量控制等方面进行了详细阐述。通过实验和仿真结果的比较，我们发现，矢量控制策略相对于电流控制策略具有更高的精度和相对稳定性，并适用于不同工况下的机车控制需求。因此，矢量控制策略在电力机车辅助变流器控制中具有更好的应用前景和推广价值。