城轨牵引变流器自主化设计与研制

通过对DC 750V城轨牵引变流器的主电路设计,完成了IGBT及散热功率的参数计算和选型;设计和开发了变流器核心部件牵引控制单元,提出了控制单元硬件设计架构和功能,同时对软件设计及开发平台进行介绍。自主开发研制的牵引变流器在交流传动国家重点试验室完成了地面组合试验,并通过了型式试验。     

多流制机车频率自适应二次脉动电压抑制策略

为实现多流制机车的轻量化设计和低碳运行,提出一种可复用储能系统的直流电压二次脉动有源抑制方法。该方法利用双向DC-DC电路将四象限变流器中固有的二次功率脉动转移到辅助LC支路上,实现对中间电压脉动的抑制。首先,通过PI控制确保辅助电容的直流电压稳定;其次,提取直流侧的二次脉动功率,并转换成辅助LC支路上的指令电流,采用比例谐振控制器对指令电流进行跟踪,以实现对相应二次脉动功率的补偿。最后,利用仿真工具对控制策略进行仿真,仿真结果显示二次脉动电压抑制效果显著,同时也验证了文章所述理论的可行性。     

基于高压直流输电的新型电气化铁道供电方法

针对传统牵引供电网存在的功率因数低、谐波含量高、网压不足、电能损耗大等能效问题,提出了一种基于高压直流输电的新型电气化铁道供电方法。在对传统牵引网能效问题解决方法进行分析的基础上,构建了基于高压直流输电的交流牵引供电网和直流牵引供电网两种系统拓扑。利用最近电平逼近技术对牵引网谐波含量进行了分析,论述了功率控制解耦技术的动态调节原理,研究了直流环节对牵引网的谐波含量和能量损耗的改善,比较了两种新型牵引网系统拓扑的优势和实现的可能性。     

高速铁路负序和谐波问题治理方案研究

为更好解决高速电气化铁路牵引供电系统中的谐波和负序问题,提出基于两相三线制变流器的综合治理方案。通过将两相三线制变流器作为系统的有源部分,将晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器作为系统的无源部分,并采取负序、谐波电流的无差拍主动补偿策略和实时检测方法,充分利用和协调控制无源装置出力大小,在减少有源部分成本、容量的同时,有效实现牵引供电系统的综合治理。基于PSIM9. 0构建补偿和控制系统仿真模型,仿真结果验证了本文提出的综合治理方案的有效性和可靠性。     

市域快轨双制式供电的牵引主回路及高压设备研究

市域快轨双制式供电能有效连接城市轨道交通和干线铁路体系,充分发挥交、直流供电系统各自的优点,在市郊区域有较大的优势和发展前景。首先根据交、直流供电系统的特点,提出整合交、直流供电车载牵引系统方案;然后介绍主电路的配置、受电弓,以及高压检测、保护装置等器件本身针对双制式供电进行的适应性更改;其次,具体介绍牵引变流器中四象限整流器,中间直流环节,逆变器和滤波电抗器的优选方案,辅助逆变器的布置、变压器隔离的方案和变流器冷却方式的选择;最后,提出对牵引电机在冷却方式、功率、质量和外形尺寸方面的基本需求。     

IGBT牵引变流器的发展

简述了IGBT牵引变流器的发展沿革,比较了IGBT与GTO等元件的功率要求和工作特性,分析了IGBT牵引变流器的发展前景,介绍了IGBT牵引变流器的应用实例,得出了在各功率等级的牵引变流器中,IGBT将完全取代GTO晶闸管的结论.     

HX_D1C型电力机车牵引变流器直流母排故障分析

针对配属西宁机务段HX_D1C型(高原)电力机车多起牵引变流器直流母排故障,详细分析直流母排故障原因,提出了改进方案,并通过仿真分析和试验验证了优化效果。该方案装车考核通过后得到全面推广,牵引变流器直流母排未再发生故障。     

交错式双Buck单相整流器拓扑与参数设计

传统的单相整流器为升压变换模式,在低压应用场合,需要在整流器输出端增加额外的降压环节。双Buck单相整流器能够直接实现单级降压整流,同时具有功率解耦功能,能够实现对直流侧二次电压纹波的抑制。文章首先对传统整流器存在的二次功率耦合问题进行分析,然后围绕交错式双Buck整流器的工作原理及硬件参数设计展开研究。在此基础上,提出了基于单载波的交错式脉宽调制方法来简化控制器设计,最后通过试验对交错式双Buck单相整流器的单级降压整流、功率解耦和交错式脉宽调制功能进行了验证。     

两相两重四象限变流器的控制方法及实现

为实现对大功率、低开关频率变流器的控制,通过建立两相两重四象限变流器主电路的数学模型,分析变流器主电路的电气特性;在考虑线路电阻的基础上,采用电压外环和基于坐标变换电流内环的双闭环控制方法对变流器的调制电压进行控制;提出倍增控制频率的载波移相方法,可在不增加硬件设备的情况下降低牵引电网侧低次谐波的含量,并结合正弦波脉宽调制(SPWM)技术,实现对以多种开关频率工作的变流器的控制;以TMS320F28335型DSP芯片为平台,设计包括初始化程序、串行通信服务程序和定时中断程序的控制软件,并在背靠背功率互馈试验台进行验证。结果表明:采用给出的两相两重四象限变流器控制方法,能够使变流器在启动工况下的电流变化平稳,在牵引工况和制动工况下,大功率、低开关频率变流器可以单位功率因数满载运行,而且中间电压波动较小、输入电流无异常波动,大幅减少了牵引电网侧的低次谐波成分和总谐波失真率。     

基于q轴电流补偿的牵引电机拍频抑制方法研究

以实现电力牵引变流器轻量化为目标,开展了中间直流环节无LC谐振电路时牵引电机拍频抑制方法的研究。首先分析了牵引变流器中间直流环节电压存在的2倍频脉动特性,以及该脉动电压量对同步旋转d-q坐标系电机电流的影响规律;在此基础上,研究了一种基于q轴电流进行补偿的牵引电机拍频抑制方法;最后在半实物仿真平台上对该拍频抑制方法进行了测试验证。结果表明,该拍频抑制方法可以有效降低牵引变流器中间直流环节无LC谐振电路情况下2倍频脉动电压量引起的转矩脉动和电流低频谐波,从而达到抑制电机拍频现象的目的。     

出口马其顿动车组交流传动系统

介绍了出口马其顿动车组交流传动系统的主要部件及其参数,重点说明牵引变流器轻量化设计的技术特点,特别是主电路中取消了二次谐振电路,牵引变流器柜体的尺寸和重量在传统方案基础上大幅降低。牵引系统的地面试验结果表明,中间直流电压、牵引变流器温升、牵引电机温升、辅变输出性能等关键指标满足设计要求。装车试验和运营情况表明,牵引传动系统运行稳定可靠。     

新一代牵引级IGBT模块技术研究与应用

牵引级IGBT模块是现代轨道机车车辆牵引变流器中实现电能变换和功率输出的核心功率器件。新一代牵引级IGBT模块采用最新的IGBT4芯片、EC4二极管芯片、VLD和DLC芯片边缘终端技术,优化了芯片面积与栅极电荷的设计,具有较低的导通电压、优良的高低温电气特性和安全工作区性能。新型IHV-B封装优化了内部芯片布局和互连设计,降低IGBT模块的杂散电感;通过增大芯片的有源面积,减少静态损耗并降低了模块的"结-壳"热阻;优化的功率端子结构提高了抗振动性能,并具有良好的温度分布特性。IGBT4模块通过了一系列严格的可靠性测试,具有良好的环境适应性、功率循环能力和高可靠性。应用IGBT4模块可以提升牵引变流器的功率密度和集成度设计,实现小型轻量化和长寿命的牵引系统解决方案。     

牵引参数对内燃机车异步传动装置损耗的影响

对运行中直流牵引电动机和异步牵引电动机在内燃机车动力电路中工作时的损耗作了比较分析。指出:当牵引传动装置功率不高时,由于电流高次谐波分量带来的损耗,使异步牵引电动机的经济性不如直流牵引电动机。在单节功率为2200kW的内燃机车上使用异步牵引传动装置会降低其区段速度。     

城轨主动式牵引供电系统能量调度算法

为推动主动式供电中双向变流器的智能应用，针对其数学模型和调度控制策略展开了研究。利用满功率和恒电压模型分别模拟双向变流器的2种不同工况，并采用内外双层迭代算法进行潮流计算。当所有双向变流器处于恒电压模式时，提出以全网能耗最小为目标函数，求解牵引变电所输出电压的含等式和不等式约束的优化模型。当双向变流器中存在处于满功率模式时，提出抬升或降低相邻牵引所电压以分担功率的策略，从而降低双向变流器满功率持续时间。经实际地铁线路数据仿真，结果表明纯牵引能耗下降12.97%，满功率持续时间下降62.4%，提高了牵引系统能量利用率，减少了双向变流器出现限功的场景。     

节能技术在城市轨道交通车辆牵引传动系统中的应用

牵引传动系统是城市轨道交通车辆的重要耗能系统,节能技术在牵引传动系统中的应用对于城市轨道交通未来的发展意义重大。通过结合城市轨道交通列车能耗仿真软件对车辆能耗构成进行分析,提出牵引传动系统的主要节能措施,并重点介绍碳化硅功率器件、永磁同步牵引传动、中高频大功率DC-DC辅助变流和DC600V直流供电等节能技术的现状和应用特点,以期为节能技术在城市轨道交通牵引传动系统中的应用提供参考和借鉴。     

牵引变流器功率器件结温在线监测方法综述

功率器件结温在线监测对牵引变流器安全可靠运行至关重要,准确的结温监测是牵引变流器失效分析、运行状态监测、健康管理和剩余服役寿命预测的基础。因此,面向功率器件结温在线监测开展了大量研究。在此基础上,概述了以热网络模型法和温敏参数法为主的功率器件结温在线监测方法,以此为分类基准梳理了现有功率器件的结温监测方法并讨论了在牵引变流器中在线实现的可能,详细介绍了功率器件结温监测方法针对在线应用及客观因素干扰的发展与改进。最后,总结并对比了现有功率器件结温在线监测方法的演变、联系与差异,在分析现有结温监测方法面临挑战的基础上,展望功率器件结温在线监测在人工智能技术辅助下的前景。     

高速磁悬浮双端并联供电模式下环流特性研究

为适应高速磁悬浮列车在高速运行状况下需要较大牵引功率,同时减小线路损耗、提高可靠性,通常采用牵引变流器双端并联供电模式为磁悬浮列车提供牵引动力。基于仿真分析,通过建立双端供电模式下高速磁悬浮列车牵引供电模型,研究双端供电电缆环流形成机理,分析不同牵引变流器输出电流幅值、频率、相位及不同线路参数下双端供电环流特性。结果表明:变流器双端并联供电模式下馈线电缆环流主要由变流器输出相位错相及馈线电缆参数变化引起,环流大小与线路电感值成反比,当馈线电缆较短时,可通过在牵引变流器输出侧串联输出电抗器,减少馈线电缆环流。以上结论可为高速磁悬浮双端供电模式下环流抑制提供理论基础。     

地铁牵引变流器直流侧振荡抑制策略研究

负阻抗会引起地铁车辆牵引变流器直流侧电压、电流振荡,降低牵引传动系统稳定性。本文建立地铁牵引变流器关注直流侧的系统小信号模型,详细分析直流侧振荡的产生机理。提取直流侧电压谐振分量,提出基于直流侧电压振荡比修正给定牵引、制动转矩的直流侧振荡抑制策略,利用相平面法和根轨迹法讨论振荡抑制策略对系统稳定性的改善以及参数选择对控制性能的影响。模型仿真和地铁现场试验结果均表明,该振荡抑制策略能有效消除直流侧振荡现象,提高系统稳定性。     

可单重四象限整流器运行的牵引变流器主电路损耗与控制研究

短编组城际动车组相对于标准8辆编组动车组动车数较少,现有牵引变流器主电路设计方案在牵引变流器故障损失动力时会对车辆运行造成严重影响。对牵引变流器主电路进行优化设计,使其具备单重四象限整流器运行的硬件基础;提出单重四象限整流器运行的主从控制策略和故障处理措施,并进行原理分析和试验验证。试验中牵引变流器实现了单重四象限整流器的独立运行。同时,车辆启动时四象限整流器的单重运行可降低IGBT损耗,并进行分析计算和仿真验证。     

基于DAB电路的动车组双向充电机控制策略研究

为了简化传统充电机拓扑结构,并减小设备体积和重量,提高安全性,文章将双有源全桥变流器(Dual Active Bridge-Isolated Bidirectional DC/DC Converter,DAB)应用于动车充电机。针对DAB电路采用传统的单移相控制,存在功率回流以及电压不匹配时电流应力过大的问题,将双重移相控制策略引入DAB电路的控制中,通过在高压侧桥臂间增加最优内移相比,可以在实现输出电压闭环控制的同时,使DAB的回流功率达到最小,降低开关管电流应力。本文给出详细的优化算法和控制系统设计方案,采用MATLAB/Simulink仿真和试验相结合,验证了所提最优双重移相控制的正确性和可行性。