(57)【要約】  ＥＭＵの並列補助コンバータ用の同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略、すなわち第１補助コンバータがバスに接続されると、非第１補助コンバータが、第１補助コンバータの振幅ソフトスタートプロセス間に、ネットワーキングを完成させる。具体的な解決策は、高速ネットワーキングロジック、バス高速追跡ロジック、およびＰＱドループネットワーキング制御戦略である。ここで、高速ネットワーキングロジックは、第１補助コンバータおよび非第１補助コンバータを認識することを含み、バス高速追跡ロジックは、追跡位相、周波数、および振幅を含み、ＰＱドループネットワーキング制御戦略は、補正係数Ｋを導入することを含む。ＥＭＵの並列補助コンバータの同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略は、ＥＭＵの緊急トラクションモードで迅速かつ確実に自動ネットワーキングを実現し、ＥＭＵのネットワーク通常モードでネットワーキング時間を大幅に短縮する。したがって、ＥＭＵは、様々な作業条件下で指定された時間内に起動ロードを完了することができ、ＥＭＵの安定した信頼性の高い動作を強力に保証する。【選択図】図２
2021529504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＭＵの並列補助コンバータ用の同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略であって、
高速ネットワーキングロジック：前記高速ネットワーキングロジックにより、補助コンバータがソフトスタート中にネットワークに接続される第１補助コンバータであるかどうかを判断し、そうである場合、前記第１補助コンバータのネットワーク接続ロジックを実行し、そうでない場合、非第１補助コンバータのネットワーク接続ロジックを実行すること、および
バス高速追跡戦略：非第１補助コンバータが、前記バス高速追跡戦略によってバス電圧の振幅、位相、および周波数を迅速に追跡し、前記ネットワーキングを迅速に完了すること、を含むことを特徴とする、同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略。
【請求項２】
前記高速ネットワーキングロジックが、以下の特定のステップ、
ｓｓ１：補助コンバータが出力コンタクタを閉じる前に、前記バス電圧が前記第１補助コンバータの設定電圧閾値を超えているかどうかを検出し、そうでない場合、前記補助コンバータを前記第１補助コンバータとして認識し、前記第１補助コンバータの前記ネットワーク接続ロジックを実行する、すなわち、ステップｓｓ２を実行し、そうである場合、前記補助コンバータを非第１補助コンバータとして認識し、非第１補助コンバータの前記ネットワーク接続ロジックを実行する、つまり、ステップｓｓ３を実行するステップと、
ｓｓ２：前記出力コンタクタの閉鎖フィードバックが検出されるまで、前記出力コンタクタを閉じるコマンドを送信し、前記出力コンタクタの前記閉鎖フィードバックを受信する前に、前記バス電圧が前記電圧閾値よりも大きいかどうかを判断し、そうである場合、前記非第１補助コンバータのネットワーク接続の起動に切り替え、ステップｓｓ３に移り、そうでない場合は、前記第１補助コンバータのネットワーク接続の起動を完了するステップと、
ｓｓ３：前記非第１補助コンバータは前記バス電圧を追跡し、前記非第１補助コンバータの出力電圧と前記バス電圧の振幅、周波数、および位相との間の偏差が、前記出力コンタクタが閉じる前に設定された偏差範囲内にあるかどうかを判断し、そうである場合、出力コンタクタの閉鎖コマンドを送信して前記出力コンタクタを閉じ、前記非第１補助コンバータの前記ネットワーク接続の前記起動を完了し、そうでない場合は、ステップｓｓ３を再度実行するステップと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略。
【請求項３】
前記第１補助コンバータの前記電圧閾値Ｕｄを設定するための方法は、以下のとおり
2021529504.tif 000010
により、
上記の式を組み合わせて、前記第１補助コンバータの前記電圧閾値Ｕｄを解き、式中Ｕｄは、サンプリングによって得られたリアルタイムの位相電圧値Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃを等しい振幅３２変換にさらし、ＵａｌｐｈａとＵｂｅｔａを生成し、次いでＵｄを計算することによって得られ、Ｕｄは単一の切り替えサイクルで計算されることを特徴とする、請求項２に記載の同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略。
【請求項４】
ＡＣ３８０Ｖバス用の前記第１補助コンバータの前記電圧閾値Ｕｄが５０Ｖであること
を特徴とする、請求項３に記載の同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略。
【請求項５】
前記バス高速追跡戦略は、以下の特定のステップ
ｓ１：前記高速ネットワーキングロジックに従って前記第１補助コンバータと前記非第１補助コンバータを認識し、それが前記第１補助コンバータである場合はステップｓ２を実行し、そうでない場合はステップｓ３を実行するステップと、
ｓ２：出力コンタクタを閉じ、電圧閉ループ振幅ソフトスタートを実行し、前記第１補助コンバータが前記ネットワークに接続しているときに、ＰＩパラメータの第１のセットによって前記第１補助コンバータの電圧を調整し、前記第１補助コンバータが前記ネットワークに接続された後、出力電圧が設定された指定範囲内にあるかどうかを判断し、そうである場合は、ＰＩＤ制御戦略を切り替えてＰＩパラメータの第３のセットによって前記電圧を調整するステップと、
ｓ３：前記非第１補助コンバータは前記バスに迅速に接続され、前記バス電圧の前記振幅を迅速に追跡し、振幅ソフトスタートの実行、前記ＰＩパラメータの閉ループ制御、および前記非第１補助コンバータが前記ネットワークに接続しているときのＰＩパラメータの第２のセットによる前記非第１補助コンバータの電圧の調整はなされず、前記バス電圧の前記振幅、位相、および周波数がネットワーク接続要件を満たしているかどうか、および出力電圧が前記設定された指定範囲内にあるかどうかを判断し、そうである場合は、前記非第１補助コンバータが前記ネットワークに接続された後、前記ＰＩＤ制御戦略を切り替えて、ＰＩパラメータの前記第３のセットによって前記電圧を調整するステップと、  を含むことを特徴とする、請求項１に記載の同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略。
【請求項６】
前記バス高速追跡戦略は、位相および周波数の追跡をさらに含み、ソフトウェア位相ロックアルゴリズムを使用して前記バス電圧の前記位相および周波数を迅速に追跡することを特徴とする、請求項５に記載の同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略。
【請求項７】
ＰＱドループネットワーキング制御戦略をさらに含み、補助コンバータが前記ネットワークに接続された後、前記ソフトスタートプロセス中の前記補助コンバータの並列電流共有は、前記ＰＱドループネットワーキング制御戦略によってすぐに実現されることを特徴とする、請求項１に記載の同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略。
【請求項８】
前記ＰＱドループネットワーキング制御戦略の方法が以下のとおり
ドループ係数に補正係数Ｋを導入し、次の式で計算する、すなわち
2021529504.tif 000011
2021529504.tif 000012
式中、Ｖは電流振幅閉ループ制御の特定の目標値であり、Ｖ＊は電流補助コンバータのリアルタイム出力検出電圧値であり、ｆは前記システムの目標周波数、ｆ０とＶ０は前記システムの入力制御変数、ＰとＱは出力の有効電力と無効電力の成分、ｋｐとｋＱはドループ制御係数であり、それらの値は特定の数学モデルに関連していることを特徴とする、請求項７に記載の同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略。
【請求項９】
前記ＰＱドループネットワーキング制御戦略の前記補正係数Ｋの値は、出力電圧振幅に関連し、Ｖ＊の最小値は１であり、前記振幅がバス電圧要件に達すると、つまりＰＩＤを入力すると、Ｋの前記値が１に設定されることを特徴とする、請求項８に記載の同期ソフ
トスタートネットワーキング制御戦略。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ＥＭＵのコンバータネットワーキングの技術分野、特にＥＭＵの並列補助コンバータ用の同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、中国でバッチで使用されているＣＲＨ１／ＣＲＨ３  ＥＭＵと、新しく開発された中国の規格のＥＭＵは、補助コンバータの並列出力の冗長性戦略を採用している。ＥＭＵの補助コンバータの並列出力の要件は、最初に並列ネットワーキングを完了してから、負荷をロードすることである。
【０００３】
１）ネットワーク通常モード
ネットワーキング戦略は次の通りである。１つの補助コンバータが第１補助コンバータとしてネットワークによって誘導および制御され、出力コンタクタが閉じられ、バスの三相電力が確立され、次いで他の補助コンバータがネットワークによって誘導されて順にＡＣバスに接続する。すなわち、最初に、第１補助コンバータが確立され、次に、非第１補助コンバータが、ネットワーキングのために順に接続される。
【０００４】
２）緊急トラクションモード
ＥＭＵの信頼性の高い操作の観点から、新設計のＥＭＵでは、ネットワーク障害が発生した場合でも、ＥＭＵを依然として低速制限で近くの駅まで走らせる必要があることが提案されてきており、それが緊急トラクションモードである。緊急トラクションモードでは、ネットワーク障害に起因して、補助コンバータを誘導して整然としたネットワーキングを完成させることができない。補助コンバータは、ネットワークガイダンスなしで自動ネットワーキングプロセスを独立して完了する必要がある。
【０００５】
通常モードでは、ＥＭＵのパンタグラフを上昇させた後、電圧はトラクショントランスによって絶縁および降圧され、トラクションコンバータの４象限整流器ユニットに入力されて補助コンバータにＤＣ電圧を供給する。補助コンバータが指定された時間内にネットワーキングを完了できない場合、冷却ユニットの非動作（三相ＡＣ電源なし）およびヒートシンクの過熱によりトラクションコンバータが故障し、パンタグラフは主回路ブレーカを外すように下げられ、ＥＭＵの起動に失敗する。したがって、補助コンバータのセット全体は、列車の三相負荷の全体に電力を供給するために、規定の限られた時間（通常はパンタグラフを上げてから１５秒後）内に、並列ネットワーキングを迅速に完了する必要がある。
【０００６】
緊急時のトラクション中は、ネットワークガイダンスはなく、列車全体が事前に設定された時間内に負荷の搭載を完了する。その時点では、補助コンバータのネットワーキングプロセスはブラインドのスタートと同等である。限られた時間内にネットワーキングを迅速に完了するために、第１補助コンバータの競争がある、つまり、複数の補助コンバータが、第１補助コンバータとして、バスに一緒に接続される。この場合、第１補助コンバータとしてバスに接続されている複数の補助コンバータの出力電圧の振幅と位相に大きな違いがあるため、複数の補助コンバータは整流状態になり、補助的なコンデンサの過電圧または出力の過電流に至る。複数の補助コンバータが障害を報告してネットワークを終了すると、列車全体の負荷が搭載されているため、バスに残っている補助コンバータはまた、残っている補助コンバータの数が少なく、容量が限られているため、負荷の過電流によって停止し（障害のある補助コンバータが再びネットワークに接続されるまでに時間がかか
る）、ＥＭＵの起動に失敗する。
【０００７】
要約すると、ＥＭＵの通常の動作では、次のことを確実にするために補助コンバータが必要である。
１）通常モードで、出力の並列ネットワーキングを迅速に完了することができる。
２）緊急トラクションモードで、並列ネットワーキングがネットワークガイダンスなしで迅速かつ自動的に完了することができる。
【発明の概要】
【０００８】
ＥＭＵの起動プロセスに関する上記の分析を考慮して、本願は、ネットワークが通常通りで確実に完全な自動ネットワーキングである場合に、ネットワークガイダンスなしで、補助コンバータのネットワーキング時間を短縮するために、ＥＭＵの並列補助コンバータの同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略を提案し、補助コンバータが様々な作業条件下で限られた時間内に迅速かつ確実に並列ネットワーキングを完了できることを確実にし、ＥＭＵの信頼性の高い起動と操作を確実にするために、タイムリーかつ信頼性の高い方法で、列車全体に三相ＡＣ電源を提供する。
【０００９】
この目的のために、以下の技術的解決策が本願によって提供される。
【００１０】
ＥＭＵの並列補助コンバータ用の同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略であって、
高速ネットワーキングロジック：高速ネットワーキングロジックにより、補助コンバータがソフトスタート中にネットワークに接続される第１補助コンバータであるかどうかを判断し、そうである場合、第１補助コンバータのネットワーク接続ロジックを実行し、そうでない場合、非第１補助コンバータのネットワーク接続ロジックを実行すること、および
バス高速追跡戦略：非第１補助コンバータが、バス高速追跡戦略によってバス電圧の振幅、位相、および周波数を迅速に追跡し、ネットワーキングを迅速に完了することを含むことを特徴とする、同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略が提供される。
【００１１】
好ましくは、高速ネットワーキングロジックは、以下の特定のステップを含む：
ｓｓ１：補助コンバータが出力コンタクタを閉じる前に、バス電圧が第１補助コンバータの設定電圧閾値を超えているかどうかを検出し、そうでない場合、補助コンバータを第１補助コンバータとして認識し、第１補助コンバータのネットワーク接続ロジックを実行する、すなわち、ステップｓｓ２を実行し、そうである場合、補助コンバータを非第１補助コンバータとして認識し、非第１補助コンバータのネットワーク接続ロジックを実行する、つまりステップｓｓ３を実行するステップ、
ｓｓ２：出力コンタクタの閉鎖フィードバックが検出されるまで、出力コンタクタを閉じるコマンドを送信し、出力コンタクタの閉鎖フィードバックを受信する前に、バス電圧が電圧閾値よりも大きいかどうかを判断し、そうである場合、非第１補助コンバータのネットワーク接続の起動に切り替え、ステップｓｓ３に移り、そうでない場合は、第１補助コンバータのネットワーク接続の起動を完了するステップ、
ｓｓ３：非第１補助コンバータはバス電圧を追跡し、非第１補助コンバータの出力電圧とバス電圧の振幅、周波数、および位相の偏差が、出力コンタクタが閉じる前に設定された偏差範囲内にあるかどうかを判断し、そうである場合、出力コンタクタの閉鎖コマンドを送信して出力コンタクタを閉じ、非第１補助コンバータのネットワーク接続の起動を完了し、そうでない場合はステップｓｓ３を再度実行するステップ。
【００１２】
好ましくは、第１補助コンバータの電圧閾値Ｕｄを設定するための方法は、以下の通りである：
2021529504.tif 000003
により、
上記の式を組み合わせて、第１補助コンバータの電圧閾値Ｕｄを解き、式中Ｕｄは、サンプリングによって得られたリアルタイムの位相電圧値Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃを等しい振幅３２変換にさらし、ＵａｌｐｈａとＵｂｅｔａを生成し、次いでＵｄを計算することによって得られ、Ｕｄは単一の切り替えサイクルで計算される。
【００１３】
好ましくは、ＡＣ３８０Ｖバス用の第１補助コンバータの電圧閾値Ｕｄは５０Ｖである。
【００１４】
好ましくは、バス高速追跡戦略は、以下の特定のステップを含む：
ｓ１：高速ネットワーキングロジックに従って第１補助コンバータと非第１補助コンバータを認識し、それが第１補助コンバータである場合はステップｓ２を実行し、そうでない場合はステップｓ３を実行するステップ、
ｓ２：出力コンタクタを閉じ、電圧閉ループ振幅ソフトスタートを実行し、第１補助コンバータがネットワークに接続しているときに、ＰＩパラメータの第１のセットによって第１補助コンバータの電圧を調整し、第１補助コンバータがネットワークに接続された後、出力電圧が設定された指定範囲内にあるかどうかを判断し、そうである場合は、ＰＩＤ制御戦略を切り替えてＰＩパラメータの第３のセットによって電圧を調整するステップ、および
ｓ３：非第１補助コンバータはバスに迅速に接続され、バス電圧の振幅を迅速に追跡し、振幅ソフトスタートの実行、ＰＩパラメータの閉ループ制御、および非第１補助コンバータがネットワークに接続しているときのＰＩパラメータの第２のセットによる非第１補助コンバータの電圧の調整はなされず、バス電圧の振幅、位相、および周波数がネットワーク接続要件を満たしているかどうか、および出力電圧が設定された指定範囲内にあるかどうかを、また出力電圧が設定された指定範囲内にあるかどうかを判断し、そうである場合は、非第１補助コンバータがネットワークに接続された後、ＰＩＤ制御戦略を切り替えて、ＰＩパラメータの第３のセットによって電圧を調整するステップ。
【００１５】
好ましくは、バス高速追跡戦略は、位相および周波数追跡をさらに含み、ソフトウェア位相ロックアルゴリズムを使用して、バス電圧の位相および周波数を迅速に追跡する。
【００１６】
好ましくは、同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略は、ＰＱドループネットワーキング制御戦略をさらに含み、補助コンバータがネットワークに接続された後、ソフトスタートプロセス中の補助コンバータの並列電流共有は、ＰＱドループネットワーキング制御戦略によって迅速に実現される。
【００１７】
好ましくは、ＰＱドループネットワーキング制御戦略の方法は以下の通りである：
ドループ係数に補正係数Ｋを導入し、次の式で計算する、すなわち、
2021529504.tif 000004
2021529504.tif 000005
式中、Ｖは電流振幅閉ループ制御の特定の目標値であり、Ｖ＊は電流補助コンバータのリアルタイム出力検出電圧値であり、ｆはシステムの目標周波数、ｆ０とＶ０はシステムの入力制御変数、ＰとＱは出力の有効電力と無効電力の成分、ｋｐとｋＱはドループ制御係数であり、それらの値は特定の数学モデルに関連している。
【００１８】
好ましくは、ＰＱドループネットワーキング制御戦略の補正係数Ｋの値は、出力電圧振幅に関連し、Ｖ＊の最小値は１であり、振幅がバス電圧要件に達する、つまりＰＩＤに入ると、Ｋの値が１に設定される。
【００１９】
従来技術と比較して、本願は、以下の利点および有益な効果を有する。
【００２０】
（１）高速ネットワーキングロジックにおける第１補助コンバータの電圧閾値設定と第１補助コンバータから非第１補助コンバータへの切り替えにより、第１補助コンバータと非第１補助コンバータを迅速に認識して、高速ネットワーキングを実現することができ、第１補助コンバータから非第１補助コンバータへの切り替えは、複数の補助コンバータが第１補助コンバータとして認識される極端な場合に実現でき、ネットワークへの並列接続への影響を最小限に抑え、信頼できるネットワーキングを確実にする。
【００２１】
（２）バス高速追跡戦略により、非第１補助コンバータをネットワークに接続する前のバス電圧振幅の高速追跡を実現でき、それは、非第１補助コンバータのネットワークへの高速接続を効果的に保証できる。
【００２２】
（３）ＰＱドループ制御戦略により、ソフトスタートプロセスにおける従来のＰＱドループ制御の弱い電流共有効果の問題が効果的に解決される。補正係数Ｋが導入され、ＰＱドループ効果が大幅に向上し、ソフトスタートプロセス中の並列電流共有が迅速に実現され、並列ドループの電流共有制御範囲が拡大され、ソフトスタートプロセスでの高速ネットワーキングの完了が確実に行われる。
【００２３】
（４）ＥＭＵの通常モード（ネットワークが通常通り）では、振幅ソフトスタートプロセス中に補助コンバータの並列接続を実現でき、ネットワーキングを迅速に完了することができるのを確実にできる。一般的なネットワーキングロジックと比較して、ネットワーキング時間は少なくとも５０％短縮できる。
【００２４】
（５）ＥＭＵの緊急トラクションモード（ネットワークに障害が発生している）では、補助コンバータがネットワークガイダンスなしで自動ネットワーキングを確実に完了できる。
【００２５】
（６）ＥＭＵの緊急トラクションモード（ネットワークに障害が発生している）では、補助コンバータを迅速にネットワーク化でき、第１補助コンバータの振幅ソフトスタートプロセス中に並列ネットワーキングを完了できることを確実にし、これは、ネットワーキング時間を大幅に短縮できる。
【００２６】
（７）ＥＭＵは、様々な作業条件下で指定された時間内に起動ロードを完了することができ、ＥＭＵの安定した信頼性の高い動作を強力に保証する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本願によるＥＭＵの並列補助コンバータのトポロジーの図である。
【図２】本願による高速ネットワーキングの論理ブロック図である。
【図３】本願によるバス高速追跡戦略の論理ブロック図である。
【図４】従来のＰＱドループ制御戦略の出力波形図である。
【図５】本願による新規のＰＱドループ制御の出力波形図である。
【図６】一般的なネットワーキング戦略の出力波形図である。
【図７】本願による、ネットワーク通常モードでの新規のネットワーキング戦略の出力波形図である。
【図８】実施形態２の出力波形図である。
【図９】実施形態３の出力波形図である。
【図１０】実施形態３の極端な条件下での出力波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本願は、例示的な実装によって詳細に説明される。しかし、さらなる説明なしに、１つの実装の要素、構造、および特徴はまた、他の実装に有益に組み合わせることができることを理解されたい。
【００２９】
本願は、図１、図２、および図３を参照しながら、ＥＭＵの並列補助コンバータのための同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略を提供する。すなわち、補助コンバータの並列システムでは、第１補助コンバータがバスに接続されると、他の非第１補助コンバータがネットワーキングを完成させ、第１補助コンバータのソフトスタートプロセス中に、バス電圧を確立するためのバスを待つことなく、ネットワークに接続される。それは、次のステップを含む。
【００３０】
（１）高速ネットワーキングロジック：これによって、ソフトスタート中に、補助コンバータがネットワークに接続される第１補助コンバータであるかどうかを判断し、そうである場合、第１補助コンバータのネットワーク接続ロジックを実行し、そうでない場合、非第１補助コンバータのネットワーク接続ロジックを実行するステップ。
【００３１】
具体的には、次のステップを含む。
ｓｓ１：補助コンバータが出力コンタクタを閉じる前に、バス電圧が第１補助コンバータの設定電圧閾値を超えているかどうかを検出し、そうでない場合、補助コンバータを第１補助コンバータとして認識し、第１補助コンバータのネットワーク接続ロジックを実行する、すなわち、ステップｓｓ２を実行し、そうである場合、補助コンバータを非第１補助コンバータとして認識し、非第１補助コンバータのネットワーク接続ロジックを実行する、つまり、ステップｓｓ３を実行するステップ。
ｓｓ２：出力コンタクタの閉鎖フィードバックが検出されるまで、出力コンタクタを閉じるコマンドを送信し、出力コンタクタの閉鎖フィードバックを受信する前に、バス電圧が電圧閾値よりも大きいかどうかを判断し、そうである場合、非第１補助コンバータのネットワーク接続の起動に切り替え、ステップｓｓ３に移り、そうでない場合は、第１補助コンバータのネットワーク接続の起動を完了するステップ、
ｓｓ３：非第１補助コンバータはバス電圧を追跡し、非第１補助コンバータの出力電圧とバス電圧の振幅、周波数、および位相の偏差が、出力コンタクタが閉じる前に設定された偏差範囲内にあるかどうかを判断し、そうである場合、出力コンタクタの閉鎖コマンドを送信して出力コンタクタを閉じ、非第１補助コンバータのネットワーク接続の起動を完了し、そうでない場合は、ステップｓｓ３を再度実行するステップ。
【００３２】
この実施形態では、第１補助コンバータの電圧閾値Ｕｄを設定する方法は以下の通りである。
2021529504.tif 000006
により、
上記の式を組み合わせて、第１補助コンバータの電圧閾値Ｕｄを解き、式中Ｕｄは、サンプリングによって得られたリアルタイムの位相電圧値Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃを等しい振幅３２変換にさらし、ＵａｌｐｈａとＵｂｅｔａを生成し、次いでＵｄを計算することによって得られ、Ｕｄは単一の切り替えサイクルで計算できる。
【００３３】
第１補助コンバータの電圧閾値は、適切に設定する必要がある。閾値が低く設定されすぎてバスに干渉があると、補助コンバータはそれ自体を非第１補助コンバータとして誤って認識し、それがバスに第１補助コンバータがないことを引き起こし、そのため、ネットワーキングに障害が発生する。閾値が高く設定されすぎると、複数の補助コンバータが第１補助コンバータとして認識される、つまり、複数の補助コンバータが第１補助コンバータとしてバスに接続され、それが補助コンバータに障害を発生させる可能性があり、ネットワーキングプロセス中にネットワークを終了させる。第１補助コンバータの電圧閾値の設定は、実際の動作条件に応じて調整および決定する必要がある。通常、ＡＣ３８０Ｖバスの閾値Ｕｄは５０Ｖに設定される。
【００３４】
（２）バス高速追跡戦略：非第１補助コンバータが、これによって、バス電圧の振幅、位相、および周波数を迅速に追跡し、ネットワーキングを迅速に完了することができる。具体的には、次のステップを含む。
ｓ１：高速ネットワーキングロジックに従って第１補助コンバータと非第１補助コンバータを認識し、それが第１補助コンバータである場合はステップｓ２を実行し、そうでない場合はステップｓ３を実行するステップ、
ｓ２：出力コンタクタを閉じ、電圧閉ループ振幅ソフトスタートを実行し、第１補助コンバータがネットワークに接続しているときに、ＰＩパラメータの第１のセットによって第１補助コンバータの電圧を調整し、第１補助コンバータがネットワークに接続された後、出力電圧が設定された指定範囲内にあるかどうかを判断し、そうである場合は、ＰＩＤ制御戦略を切り替えてＰＩパラメータの第３のセットによって電圧を調整し、そうでない場合は、元のＰＩパラメータを変更せずに保持するステップ、および
ｓ３：非第１補助コンバータはバスに迅速に接続され、バス電圧の振幅を迅速に追跡し、振幅ソフトスタートの実行、ＰＩパラメータの閉ループ制御、および非第１補助コンバータがネットワークに接続しているときのＰＩパラメータの第２のセットによる非第１補助コンバータの電圧の調整はなされず、バス電圧の振幅、位相、および周波数がネットワーク接続要件を満たしているかどうか、および出力電圧が設定された指定範囲内にあるかどうかを判断し、そうである場合は、非第１補助コンバータがネットワークに接続された後、ＰＩＤ制御戦略を切り替えて、ＰＩパラメータの第３のセットによって電圧を調整し、そうでない場合は、元のＰＩパラメータを変更せずに保持するステップ。
【００３５】
上記のバス高速追跡戦略では、ＰＩパラメータの第１のセットは、電圧振幅調整の速度が最も遅く、電圧振幅のソフトスタートプロセスで使用されるＰＩパラメータを示し、ＰＩパラメータの第２のセットは、中程度の速度の電圧振幅調整があり、バス電圧を迅速に追跡するために非第１補助コンバータに使用されるＰＩパラメータを示し、ＰＩパラメータの第３のセットは、電圧振幅調整の速度が最も速く、ネットワーク実行後の電圧閉ループ調整に使用されるＰＩパラメータを示すことに注意されたい。さらに、上述した３セッ
トのＰＩパラメータの電圧振幅調整の速度は相対的なものである。本願では、遅い、中程度の速度、最速という３つの相対的な調整速度を達成できる限り、当業者は、選択されたＰＩコントローラに従って、ＰＩパラメータの特定の値を判定することができる。
【００３６】
この実施形態では、３セットのＰＩ制御戦略が使用される。ＰＩ制御パラメータ調整の第１のセットは、第１補助コンバータがネットワークに接続しているときの電圧制御に使用される。このとき、補助コンバータの電圧は大きく変化し、ネットワークに接続した後は補助コンバータの電圧はほとんど変化しない。したがって、ＰＩパラメータの第３のセットによって出力電圧をスムーズに調整するには、ＰＩＤ制御を切り替える必要がある。ＰＩパラメータの第２のセットは、非第１補助コンバータがネットワークに接続しているときに電圧制御を調整するために使用される。
【００３７】
この実施形態では、ソフトウェア位相ロックアルゴリズムを使用して、バス電圧の位相および周波数を迅速に追跡する。
【００３８】
補助コンバータをネットワークに接続した後、制御をさらに最適化する必要がある。本願は、従来のＰＱドループ制御戦略に基づいて改善をもたらし、改善されたＰＱドループネットワーク制御戦略を提案する。
【００３９】
（３）ＰＱドループネットワーキング制御戦略：補助コンバータがネットワークに接続された後、ソフトスタートプロセス中の補助コンバータの並列電流共有は、ＰＱドループネットワーキング制御戦略によってすぐに実現できる。具体的な方法は以下のとおりである。
【００４０】
補正係数Ｋが、従来のＰＱドループ制御戦略のドループ係数に導入される。従来のドループ制御戦略は、以下のものである：
2021529504.tif 000007
【００４１】
図４に示すように、ＣＨ１は第１補助コンバータの１つの出力ラインの電圧を表し、ＣＨ２は非第１補助コンバータの同じ出力ラインの電圧を表し、ＣＨ３は非第１補助コンバータの出力電流を表す。上記の従来のドループ制御戦略によれば、このときのＵ＊Ｉ値、すなわちＰＱドループ量は非常に劣っているものであり、並列電流共有の制御が達成困難であり、容易に並列電流共有の制御不良に至る。補助コンバータの１つが整流状態にあり、出力過電流または中間バスの電圧が高すぎる結果になり、最終的に並列接続障害が発生する場合である。したがって、従来のＰＱドループ制御戦略は、通常、ソフトスタート並列接続プロセスでは使用されない。
【００４２】
補正係数Ｋが導入され、
2021529504.tif 000008
2021529504.tif 000009
【００４３】
上記の式を組み合わせて、システムの目標周波数ｆと目標電圧Ｖを解くと、式中、Ｖは電流振幅閉ループ制御の特定の目標値であり、Ｖ＊は電流補助コンバータのリアルタイム出力検出電圧値であり、ｆはシステムの目標周波数、ｆ０とＶ０はそれぞれ、システムの入力制御周波数および電圧変数、ＰとＱは出力の有効電力と無効電力の成分、ｋｐとｋＱはドループ制御係数であり、それらの値は特定の数学モデルに関連している。
【００４４】
図５に示すように、ＣＨ１は第１補助コンバータの１つの出力ラインの電圧を表し、ＣＨ２は非第１補助コンバータの同じ出力ラインの電圧を表し、ＣＨ３は非第１補助コンバータの出力電流を表す。ＰＱドループ制御戦略によれば、補正係数Ｋ（Ｋ＞１）が、従来のＰＱドループ制御戦略のドループ係数に導入される。Ｋは時間で変化する係数であり、出力電圧の振幅に関連している。振幅が小さいほど、Ｋの値は大きくなる。振幅ソフトスタートプロセスでの並列接続では、ＵとＩは小さいが、補正係数Ｋの導入により、このときのＰＱドループ効果が大幅に向上し、並列電流共有制御を迅速に実現でき、振幅ソフトスタートプロセスでの並列ネットワーキングが通常通りに完了するのを確実にする。電圧振幅Ｕが増加すると、補正係数が同時に減少する。Ｖ＊の偏差を考慮して、Ｖ＊の最小値を１に設定する。振幅がバス電圧要件の範囲に達すると、それはＰＩＤに入り、補正係数の影響がキャンセルされ、Ｋが１に設定されて、従来のＰＱドループ制御戦略が復元される。
【００４５】
この実施形態では、緊急トラクションモードでは、複数の補助コンバータが同時に第１補助コンバータとして認識される。補助コンバータが出力コンタクタを閉じるコマンドを送信するとき、閉じる動作が終了する前にバスの電圧が検出されると、第１補助コンバータはすぐに非第１補助コンバータに切り替えられる。
【００４６】
１）ネットワーク通常モード
比較例
一般的な並列ネットワーキング戦略：第１補助コンバータがバス電圧を出力して確立し、次に非第１補助コンバータが位相、ひいてはロックされてバスグリッドに接続される。
【００４７】
図６は、起動プロセスにおける一般的なネットワーキング戦略のテスト波形を示している。この図では、ＣＨ１は第１補助コンバータの１つの出力ラインの電圧を表し、ＣＨ２は非第１補助コンバータの同じ出力ラインの電圧を表す。示されているように：
１）補助コンバータの起動は、弾丸型の振幅ソフトスタートプロセスであり、起動時間は２秒である。
２）非第１補助コンバータの接続は、接続条件を満たす必要がある：バス電圧からの電圧振幅、周波数、および位相の偏差は、設定された偏差範囲内である。一般に、非第１補助コンバータの接続の振幅ソフトスタートプロセス中に、位相ロックプロセスが同期的に実行され、そのため、非第１補助コンバータがネットワークに接続するための最短時間は、振幅ソフトスタート時間である。
３）極端な考慮事項として、一般的なネットワーキング戦略に必要な時間は、少なくとも第１補助コンバータがネットワークを確立する時間と、他の非第１補助コンバータがネットワークに接続する時間の合計、すなわち少なくとも２＋２＝４秒である。実際の実装の最中は、補助コンバータをひいてはネットワークに接続するネットワークガイダンスに起因して、ネットワーキングに、より長い時間がかかる。
【００４８】
実施形態１
本願のこの実施形態における同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略：第１補助コンバータがバスに接続されると、非第１補助コンバータが、第１補助コンバータの振幅ソフトスタートプロセス間に、ネットワーキングを完成させる。
【００４９】
（１）ソフトスタート中、第１補助コンバータの起動と非第１補助コンバータの起動は、高速ネットワーキングロジックによって認識される。
（２）バス高速追跡戦略により、非第１補助コンバータはバス電圧の振幅、位相、および周波数を追跡する。
（３）ネットワーク接続後、ＰＱドループ制御戦略により、補助コンバータのソフトスタートプロセスの間、並列電流共有を実現する。
【００５０】
図７は、この実施形態の起動プロセスにおける同期スタートネットワーキング制御戦略のテスト波形を示している。この図では、ＣＨ１は第１補助コンバータの１つの出力ラインの電圧を表し、ＣＨ２は非第１補助コンバータの同じ出力ラインの電圧を表し、ＣＨ３は非第１補助コンバータの並列出力電流を表す。示されているように：
１）ＣＨ３は、３０５ｍｓにて並列充電電流があることを示す、つまり、第１補助コンバータが約３０５ｍｓで起動すると、非第１補助コンバータのネットワークへの並列接続が完了し、振幅ソフトスタートプロセス中に並列ネットワーキングプロセスが完了する。
したがって、極端な考慮事項として、この実施形態のネットワーキング戦略に必要な時間は、少なくとも第１補助コンバータがバス電圧を確立するための時間、すなわち２秒であり、これは一般的なネットワーキング戦略と比較して時間を５０％省く。
【００５１】
２）緊急トラクションモード
実施形態２
条件１：緊急トラクションモードでは、第１補助コンバータと非第１補助コンバータがソフトスタートプロセスで並列に接続される。
１）ソフトスタートプロセスでは、非第１補助コンバータが高速ネットワーキングロジックによるバス電圧の追跡を実行する。
２）バス高速追跡戦略により、バス電圧の振幅、位相、および周波数の高速追跡が完了する。
３）ネットワーク接続後、ＰＱドループ制御戦略により、ソフトスタートプロセスの間、並列電流共有を実現する。
【００５２】
図８に示すように、ＣＨ１は第１補助コンバータの１つの出力ラインの電圧を表し、ＣＨ２は非第１補助コンバータの同じ出力ラインの電圧を表し、ＣＨ３は非第１補助コンバータの出力電流を表す。条件１では、この実施形態のネットワーキング戦略は、ネットワーキングがソフトスタートプロセスで完了することを確実にすることができる。条件１のネットワーキングに必要な時間は、第１補助コンバータのソフトスタート時間であり、これは追加のネットワーキング時間を必要としない。
【００５３】
実施形態３
条件２：緊急トラクションモードでは、複数の補助コンバータが第１補助コンバータとして認識される。
１）比較的遅い補助コンバータは、高速ネットワーキングロジックによって、第１補助コンバータがバスに対して閉じているときに、非第１補助コンバータに迅速に切り替えられる。
２）バス高速追跡戦略により、非第１補助コンバータは、コンタクタの機械的な遅れが到達する前に、バス電圧の振幅、周波数、および位相に最大限に近づく。
３）ネットワーク接続後、ＰＱドループネットワーキング制御戦略により、ソフトスタートプロセスの間、並列電流共有を実現する。
【００５４】
図９に示すように、ＣＨ１は第１補助コンバータの１つの出力ラインの電圧を表し、ＣＨ２は非第１補助コンバータの同じ出力ラインの電圧を表し、ＣＨ３は非第１補助コンバ
ータの出力電流を表す。両方の補助コンバータが第１補助コンバータとして認識されたとき、出力コンタクタの動作の約４０ｍｓの機械的な遅れにより、補助コンバータが出力コンタクタを閉じるコマンドを送信した後、および閉じる動作が完了する前に、バスの電圧が検出された場合、すぐに非第１補助コンバータに切り替わる。この場合、出力コンタクタの動作を中断する代わりに、電圧の振幅、位相、および周波数は、バスを追跡するために残りの機械的な遅れの中で迅速に調整され、ネットワークへ接続した瞬間のバス電圧との振幅、位相、および周波数の差を低減し、ネットワークへの接続によって引き起こされる電流の影響を軽減し、ネットワークへの接続を確実に完了できるようにする。
【００５５】
極限状態では、図１０に示すように、ＣＨ１は第１補助コンバータの１つの出力ラインの電圧を表し、ＣＨ２は非第１補助コンバータの同じ出力ラインの電圧を表し、ＣＨ３は非第１補助コンバータの出力電流を表す。第１補助コンバータと非第１補助コンバータとの間の起動時間の差は０秒に近い。この場合、第１補助コンバータの電圧閾値が適切に設定され、出力コンタクタの動作に約４０ｍｓの機械的な遅れがあるため、補助コンバータの電圧振幅は、ネットワークに接続するときに高すぎたものにならない。最後に、ＰＱドループネットワーキング制御戦略により、電圧振幅と位相の大きな違いによって引き起こされる循環電流を迅速に抑制して、電流共有制御を実現でき、ネットワーキングの完成を生じることができる。条件２では、この実施形態のネットワーキング戦略により、ネットワーキング時間は、第１補助コンバータのソフトスタート時間であり、追加のネットワーキング時間を必要としない。
【００５６】
実施形態４
条件３：緊急トラクションモードでは、第１補助コンバータがバス電圧を確立し、次に非第１補助コンバータがバスに接続される。
【００５７】
この状態の発生は、第１のトラクションコンバータの中間電圧の早期生成によって引き起こされる可能性がある。この場合、この実施形態におけるネットワーキング制御戦略および一般的なネットワーキング制御戦略は、実施形態１で説明されたものと同じである、同一のネットワーキング時間を有する。
【００５８】
上記の説明は、本願の好ましい実施形態のものにすぎず、本願を他の形態に限定することを意図するものではない。当業者は、上記の技術的内容に変更または修正を加えて同等の実施形態を形成し、そのとき、それを他の分野に適用することができる。ただし、本願の技術的解決策から逸脱することなく、本願の技術的な本質に従った上記の実施形態に対するいずれかの単純な修正、同等の変更および修正は、本願の技術的解決策の保護範囲内にあるものとする。
【図１】
2021529504.tif 000013
【図２】
2021529504.tif 000014
【図３】
2021529504.tif 000015
【図４】
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【図５】
2021529504.tif 000017
【図６】
2021529504.tif 000018
【図７】
2021529504.tif 000019
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年3月19日(2021.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記第１補助コンバータの前記電圧閾値Ｕｄを設定するための方法は、以下のとおり
2021529504.tif 000023
により、
上記の式を組み合わせて、前記第１補助コンバータの前記電圧閾値Ｕｄを解き、式中Ｕｄは、サンプリングによって得られたリアルタイムの位相電圧値Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃを等しい振幅３２変換にさらし、ＵａｌｐｈａとＵｂｅｔａを生成し、次いでＵｄを計算することによって得られ、Ｕｄは単一の切り替えサイクルで計算されることを特徴とする、請求項２に記載の同期ソフトスタートネットワーキング制御戦略。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
好ましくは、第１補助コンバータの電圧閾値Ｕｄを設定するための方法は、以下の通りである：
2021529504.tif 000024
により、
上記の式を組み合わせて、第１補助コンバータの電圧閾値Ｕｄを解き、式中Ｕｄは、サンプリングによって得られたリアルタイムの位相電圧値Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃを等しい振幅３２変換にさらし、ＵａｌｐｈａとＵｂｅｔａを生成し、次いでＵｄを計算することによって得られ、Ｕｄは単一の切り替えサイクルで計算される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
この実施形態では、第１補助コンバータの電圧閾値Ｕｄを設定する方法は以下の通りである。
2021529504.tif 000025
により、
上記の式を組み合わせて、第１補助コンバータの電圧閾値Ｕｄを解き、式中Ｕｄは、サンプリングによって得られたリアルタイムの位相電圧値Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃを等しい振幅３２変換にさらし、ＵａｌｐｈａとＵｂｅｔａを生成し、次いでＵｄを計算することによって得られ、Ｕｄは単一の切り替えサイクルで計算できる。
【国際調査報告】
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2021529504.tif 000029
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