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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-Ⅰ 127

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-Ⅱ 134

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-Ⅲ 150

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ISC 211

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