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第1章 绪论1

1.1 电力牵引交流传动机车的发展历史1

1.2 电力牵引交流传动系统的类型与拓扑结构2

1.3 电力牵引交流传动系统控制与调制技术的现状5

1.3.1 控制目标5

1.3.2 网侧脉冲整流器控制技术6

1.3.3 牵引逆变器—电机控制技术7

1.3.4 脉宽调制技术10

参考文献12

第2章 四象限脉冲整流器的控制算法20

2.1 概述20

2.2 四象限脉冲整流器工作原理与数学模型20

2.2.1 两电平脉冲整流器工作原理与数学模型20

2.2.2 三电平脉冲整流器工作原理与数学模型22

2.3 四象限脉冲整流器双闭环控制系统设计24

2.3.1 电流内环控制器设计25

2.3.2 电压外环控制器设计29

2.4 四象限脉冲整流器的直接电流控制技术30

2.4.1 直接电流控制概述30

2.4.2 瞬态直接电流控制技术30

2.4.3 预测直接电流控制技术31

2.4.4 基于d-q坐标系的有功与无功电流控制技术32

2.5 四象限脉冲整流器的直接功率控制技术37

2.5.1 直接功率控制概述38

2.5.2 传统直接功率控制技术38

2.5.3 功率前馈解耦控制技术40

2.5.4 功率预测控制技术42

2.5.5 计算机仿真与半实物仿真研究44

参考文献48

第3章 四象限脉冲整流器的谐波特性及其抑制方法50

3.1 概述50

3.2 网侧电流低次谐波产生机理及其抑制方法50

3.2.1 网侧电流低次谐波产生机理及其分布规律50

3.2.2 网侧电流低次谐波抑制方法53

3.2.3 计算机仿真验证63

3.3 网侧电流高次谐波产生机理及其抑制方法68

3.3.1 两电平脉冲整流器网侧电流高次谐波产生机理及其分布规律69

3.3.2 三电平脉冲整流器网侧电流高次谐波产生机理及其分布规律74

3.3.3 网侧电流高次谐波抑制方法76

3.3.4 计算机仿真验证79

3.4 直流侧电压谐波产生机理及其抑制方法82

3.4.1 直流侧电压谐波产生机理及其抑制方法82

3.4.2 计算机仿真验证84

参考文献88

第4章 四象限脉冲整流器的载波调制算法89

4.1 概述89

4.2 单相两电平单极性载波调制算法89

4.2.1 单相两电平单倍频载波调制算法89

4.2.2 单相两电平两倍频载波调制算法91

4.3 单相三电平单极性载波调制算法92

4.3.1 单相三电平单倍频载波调制算法92

4.3.2 单相三电平两倍频载波调制算法［2］93

4.3.3 单相三电平整流器直流侧中点电位特性分析93

4.4 基于电压补偿分量注入的单相三电平两倍频载波调制算法95

4.4.1 单相三电平单极性DF-CBPWM-OVI算法95

4.4.2 单相三电平单极性DF-CBPWM-MOVI算法99

4.4.3 两种算法特性的对比分析101

4.4.4 计算机仿真与实验研究102

4.5 基于电压补偿分量注入的单相三电平单倍频载波调制算法106

4.5.1 单相三电平单极性SF-CBPWM-OVI算法106

4.5.2 单相三电平单极性SF-CBPWM-MOVI算法111

4.5.3 两种算法特性的对比分析112

4.5.4 计算机仿真与实验研究114

参考文献119

第5章 四象限脉冲整流器的空间矢量调制技术120

5.1 概述120

5.2 单相空间矢量调制技术的思想120

5.2.1 两电平SVPWM技术的思想120

5.2.2 三电平SVPWM技术的思想122

5.3 单相两电平空间矢量调制技术123

5.3.1 两电平SVPWM的基本原理与设计123

5.3.2 两电平SVPWM算法的特性与CBPWM算法的内在联系126

5.4 单相三电平空间矢量调制技术SVPWM-Ⅰ127

5.4.1 三电平SVPWM-Ⅰ的基本原理与设计127

5.4.2 三电平SVPWM-Ⅰ的电平跳变幅值限制补偿131

5.4.3 三电平SVPWM-Ⅰ的特性及其与CBPWM的内在联系131

5.4.4 计算机仿真与实验研究132

5.5 单相三电平空间矢量调制技术SVPWM-Ⅱ134

5.5.1 三电平SVPWM-Ⅱ的基本原理与设计134

5.5.2 三电平SVPWM-Ⅱ的电平跳变幅值限制补偿141

5.5.3 三电平SVPWM-Ⅱ的特性及其与CBPWM的内在联系142

5.5.4 计算机仿真与实验研究145

5.6 单相三电平空间矢量调制技术SVPWM-Ⅲ150

5.6.1 三电平SVPWM-Ⅲ的基本原理与设计150

5.6.2 三电平SVPWM-Ⅲ算法的电平跳变幅值限制补偿154

5.6.3 三电平SVPWM-Ⅲ的特性及其与CBPWM的内在联系155

5.6.4 计算机仿真与实验研究157

参考文献159

第6章 牵引逆变器SVPWM与CBPWM的内在联系161

6.1 概述161

6.2 线性调制区内两电平SVPWM与CBPWM的内在联系161

6.2.1 基波调制信号与空间矢量扇区之间的关系161

6.2.2 调制信号与空间矢量之间的关系162

6.2.3 基波调制信号与空间矢量之间的关系163

6.2.4 零序信号与零矢量分布的关系164

6.3 过调制区内两电平SVPWM与CBPWM的内在联系167

6.3.1 SVPWM过调制分段原理167

6.3.2 过调制Ⅰ段原理168

6.3.3 过调制Ⅱ段原理169

6.3.4 过调制区内与SVPWM等效的CBPWM调制函数169

6.4 线性调制区内三电平SVPWM与CBPWM的内在联系174

6.5 过调制区内三电平SVPWM与CBPWM的内在联系177

参考文献179

第7章 牵引逆变器全速域多模式空间矢量调制算法181

7.1 概述181

7.2 磁场定向控制基本思想182

7.2.1 异步电机的数学模型182

7.2.2 间接磁场定向控制184

7.3 两电平空间矢量调制技术185

7.4 分段同步调制技术187

7.4.1 分段同步调制的基本原理187

7.4.2 分段同步调制的定子磁链轨迹设计188

7.4.3 计算机仿真193

7.5 基于定子磁链轨迹的分段同步调制技术195

7.5.1 基于定子磁链轨迹的调制技术196

7.5.2 定子磁链轨迹分段同步调制下最小转矩脉动的零矢量设计201

7.5.3 多模式PWM切换点算法设计204

7.5.4 计算机仿真206

参考文献207

第8章 牵引电机直接转矩控制算法209

8.1 概述209

8.2 低速启动时的圆形磁链轨迹直接转矩控制算法209

8.2.1 基于查表法的传统直接转矩控制209

8.2.2 间接定子量控制ISC211

8.3 高速区直接转矩控制算法214

8.3.1 高速六边形直接转矩控制算法215

8.3.2 十八边形直接转矩控制算法217

8.4 直接转矩控制算法中的定子磁链观测模型222

8.4.1 电压-电流和电流-转速模型222

8.4.2 电压-转速模型224

8.4.3 全阶观测器模型225

参考文献228

第9章 牵引逆变器—电机拍频现象及其抑制技术230

9.1 概述230

9.2 拍频现象230

9.2.1 牵引逆变器相电压谐波特性230

9.2.2 牵引电机定子电流谐波特性231

9.3 牵引逆变器—电机无拍频数字控制技术233

9.3.1 基于电压幅值补偿的无拍频控制技术233

9.3.2 基于电压频率补偿的无拍频控制技术236

9.4 牵引逆变器—电机无拍频数字控制技术仿真238

9.4.1 基于电压幅值补偿的无拍频控制技术仿真238

9.4.2 基于电压频率补偿的无拍频控制技术仿真240

9.5 牵引逆变器—电机无拍频模拟控制技术243

9.5.1 传统单周期控制算法的基本原理243

9.5.2 改进的单周期控制算法的基本原理247

9.5.3 基于DTC+OCC的多脉冲区无拍频模拟控制技术249

9.5.4 基于OCC的单脉冲区无拍频模拟控制技术255

参考文献262

第10章 电力牵引交流传动系统半实物仿真设计264

10.1 概述264

10.2 实时仿真平台介绍264

10.2.1 dSPACE仿真平台介绍264

10.2.2 RT-LAB仿真平台介绍266

10.2.3 实时仿真器优势与应用266

10.3 电力牵引交流传动系统半实物仿真系统设计268

10.3.1 半实物仿真系统设计思路268

10.3.2 电力牵引交流传动半实物仿真（HILS）系统框架设计269

10.4 电力牵引交流传动系统建模271

10.4.1 符号272

10.4.2 牵引变压器272

10.4.3 脉冲整流器273

10.4.4 中间直流回路274

10.4.5 牵引逆变器275

10.4.6 牵引电机275

10.5 补偿算法在模型中的应用276

10.6 电力牵引交流传动系统半实物仿真结果分析279

10.6.1 牵引特性测试结果279

10.6.2 牵引工况测试结果279

10.6.3 制动工况测试结果280

参考文献281