基于实测数据的CRH380A型高速动车组特征谐波建模

首先总结分析高速动车组牵引传动系统结构、谐波产生机理及低次谐波、高次谐波的分布特性;然后在大量CRH380A型高速动车组实测数据的基础上,利用不同方法分别对动车组的低次谐波和高次谐波进行建模。针对低次谐波,考虑谐波在多工况下的不同分布情况,在区分工况、输出功率的基础上统计其网侧谐波电流幅值概率分布,求解高斯分布参数,并用蒙特卡洛方法模拟电流数据。针对高次谐波,考虑谐波电压与谐波电流之间的耦合关系,在高次特征谐波频域内建立基于频率耦合矩阵的Norton谐波模型,利用谐波电压数据求解对应的谐波电流。误差分析显示,本文的建模方法能准确有效地还原高速动车组特征谐波特性。     

一种考虑行车运行图的高速铁路牵引供电系统谐波评估方法

针对动车组高速运行带来的牵引供电系统TPSS(Traction Power Supply System)拓扑结构变化引起的谐波畸变动态波动,为评估TPSS的谐波畸变情况,综合考虑动车组运行过程中的牵引计算和牵引供电计算,提出一种考虑行车运行图的TPSS谐波评估方法。结合行车运行图和动车组牵引计算得到TPSS的牵引负荷特性,建立TPSS动态仿真模型,应用基波潮流和谐波潮流计算结果分析TPSS中各关键位置的实时谐波特性;应用谐波分析结果的最大值、99%概率统计值和95%概率统计值评估TPSS的谐波指标。仿真结果与现场实测对比验证了该方法的有效性,该方法可用于TPSS和行车运行图的设计与优化。     

基于实测数据的高速动车组谐波评估分析

分析了高速动车组牵引传动系统结构以及整流器和逆变器的具体电路模型,并基于高速动车组行驶过程中测量得到的实测数据,分析了不同运行工况条件下动车组的谐波输出情况,并对动车组运行过程中的谐波污染水平进行了评估。     

某新型动车组网侧电流谐波特性测试分析

通过对某新型动车组运行实测跟踪,采用傅里叶法分析了该动车组的网侧电流谐波特性。根据电功率法计算了该动车组的牵引力,给出了其牵引特性曲线。结果表明,无论处于牵引工况还是制动工况,被测动车组网侧电流谐波含量较低,功率超过5MW时,网侧电流各次谐波含有率不超过1%,总谐波畸变率在3%以下,等效干扰电流在1.5A以下,功率因数在0.98以上。     

车网系统高频谐振特性分析

近年来,随着交—直—交型电力机车和动车组的大量上线运行,在提高铁路运输效率和质量的同时,也使得牵引供电系统中的谐波特性发生变化,即低次谐波大大减少的同时,也带来了丰富的高次谐波。虽然这些高次谐波含有率不高,但却大大增加了系统发生高频谐振的可能性。当系统发生高频谐振时,往往会形成较大的过电压,影响系统的安全和稳定运行。文章选取由交流传动电力机车和牵引供电系统组成的车网系统作为研究对象,建立了车网系统联合仿真模型,并基于仿真分析结果和线路实测数据,对车网系统高频谐振特性进行了分析研究。     

不同调制方式下异步牵引电动机谐波损耗的分析与比较

在轨道交通牵引传动系统中,逆变器输出电压中含有较多的低次谐波分量,低次谐波对牵引电机的温升、损耗等产生不利影响,为此对低开关频率下不同调制方式对电机谐波损耗的影响进行理论分析和对比研究。针对谐波铁耗与谐波铜耗分析其影响因素,分别建立两者基于谐波电压幅值的谐波损耗模型。通过理论计算目前广泛使用的3种不同调制方式下的谐波电压幅值随调制比的变化曲线,以某实际动车组牵引电机参数为例分析对比了不同调制方式下电机谐波损耗的变化规律。研究结果对于选择大功率牵引逆变器的调制策略,以提高电机运行效率具有借鉴意义。     

基于实测数据的高速动车组谐波分布特性与概率模型研究

动车组电气负荷建模对牵引供电系统的设计以及电能质量相关问题的评估具有重要意义。本文基于大量实测数据,采用曲线拟合和概率统计方法,针对CRH2-200型高速动车组建立谐波电流模型,模拟受众多随机因素影响的动车组谐波概率分布特征。所建立的仿真算法求解速度快,且结果更接近实际情况。将其与牵引计算程序相结合,可用于构建一个具有快速数据交换能力的实用仿真平台。     

基于多工况ANFIS模型的高速动车组运行速度控制

高速动车组运行环境复杂多变,其运行过程需在牵引、制动和惰行工况中多次切换,难以建立有效的控制模型实现动车组安全、正点、高效运行。借鉴ANFIS在复杂系统建模的优势,结合动车组牵引/制动特性曲线和实际运行数据,建立高速动车组运行过程多工况ANFIS模型,设计相应的动车组运行速度控制器。与基于全局ANFIS模型和基于线性多模型的控制对比试验表明:基于多工况ANFIS模型的高速动车组运行控制具有更高的精度和控制效果,保障了动车组在各种工况下的安全运行。     

基于列车运行图的高速铁路动态牵引负荷建模方法

在分析动车组运行中的受力、基本运行工况和牵引控制策略的基础上,考虑功率因数在动车组牵引、惰行和制动3种运行工况下的动态特性和谐波间交互影响,建立由动态有功功率计算模型、动态无功功率计算模型和谐波耦合诺顿等效计算模型组成的单列动车组动态负荷计算模型,再结合列车运行图、线路资料中可提供的信息,给出整条高速铁路的动态牵引负荷建模方法。采用该计算方法对某高速铁路牵引供电系统的动态电能质量以及系统负荷进行评估,并校核了牵引变压器的容量。结果表明:与采用固定功率因数和非耦合谐波诺顿等效模型相比,该计算方法具有更高的精度,可为高速铁路牵引供电系统的动态电能质量评估提供准确的动车组数量、动车组位置、视在功率、谐波输出含量等实时负荷信息,可准确评估整条高速铁路有功功率、无功功率的分布以及不同供电方式下牵引变压器容量的利用情况,为制定分布式无功补偿方案、再生制动能量利用方案提供科学依据。     

基于MRPC的电气化铁道谐波治理技术研究

针对当前我国电气化铁路处于新旧技术的交替阶段、交直机车与交直交机车(动车组)混跑、牵引供电系统谐波含量丰富的情况,介绍了国内外电气化铁路谐波治理技术,重点介绍了指定次谐波电流分频控制研究现状;从电气化铁路的供电特点,分析低次、高次谐波分布;研究了以模块化多电平变换器为主电路拓扑的铁路功率调节器的谐波抑制技术,并将其与无源高通滤波器相结合,提出一种适用于牵引供电系统的谐波抑制策略,实现指定次谐波与高次谐波的抑制。在RT-LAB平台下搭建了仿真模型,仿真结果验证了该控制策略的可行性。     

计及动车组运行工况的牵引供电系统谐波特性分析及抑制方案研究

动车组处于不同运行工况时将产生谐波电流频谱变化,会对牵引供电系统谐波畸变特性产生影响,还可能干扰沿线通信线路。以某高铁线路为例,采用专业电能质量监测设备,对典型牵引变电所和在线运行的动车组开展同步谐波特性测试。基于测试数据分析,研究计及动车组运行工况的牵引供电系统谐波特性变化规律,采用等效干扰电流定量评估各次谐波对通信线路的干扰程度。此外给出C型高通滤波器设计方案,仿真结果验证了良好的滤波效果,为高速铁路高次谐波综合治理提供了重要途径。     

基于实测数据的CRH380AL动车组电气负荷特性分析

近年来CRH系列动车组大量投入高速铁路,其功率因数、谐波含量等方面的电气特性与传统交一直型机车有较大区别。简要分析了CRH380AL动车组的电气原理,根据实测数据,并利用曲线拟合的方法,主要对该车型功率因数和网侧电流谐波含量进行分析。这些基础工作对分析该系列车型运用性能及牵引供电系统电能质量具有一定的参考价值。     

基于预测电流控制的四象限变流器研究

研究了预测电流控制四象限变流器的MATLAB建模与仿真方法,分析了变流器在牵引工况和再生制动工况时的特性。仿真和基于TMS320F2812试验样机的研究结果验证了该控制算法不仅能有效抑制注入电网的谐波电流,获得稳定的直流输出电压,实现了单位功率因数和能量双向流动,还具有良好的瞬态和稳态特性。     

基于模态分析的牵引供电系统谐波谐振过电压研究

针对高铁牵引供电系统的谐振过电压问题,通过分析其谐波特性,综合考虑线路集肤效应及分布参数的特性,研究由接触网、馈线、钢轨回路(包括大地)、回流导线以及牵引变电所至接触网的馈电线等构成的牵引网的参数计算方法,建立牵引网线路等效模型,使用该模型计算牵引网线路参数;采用模态分析方法解耦牵引网与电力机车的耦合关系,确定基于车网耦合的牵引供电系统的谐波谐振次数、电压波形、影响范围等数据以及所引起的牵引网过电压机理;通过EMTP-ATP软件建立基于AT供电方式与CRH2型动车组的车网耦合仿真模型,得到牵引网网压状态.通过与实测的机车负荷、谐波电流等数据对比可知,仿真结果与实测数据分析结果一致,验证了该方法的正确性.     

动车组牵引变压器铁磁噪声特性研究及抑制

动车组牵引变流器中四象限脉冲整流器会产生大量高次谐波,牵引变压器的二次绕组在这些高次谐波的激励下会产生人耳不适的铁磁噪声,如何在保证牵引系统性能的前提下减少牵引变压器的铁磁噪声是整车集成设计中需要重点考虑的问题。文章分析了牵引变流器四象限脉冲整流器的工作原理和牵引变压器电磁噪声的产生机理,通过在MATLAB中建模仿真,分析不同参数变化下牵引变压器二次侧谐波电流含量变化情况,并对动车组牵引变压器的噪声设计和噪声抑制进行说明。     

电流谐波对永磁体涡流损耗的影响

永磁同步电机应用于高速铁路牵引领域,要求电机具有高起动加速性能和宽调速范围。驱动电机的牵引逆变器最大开关频率一般为500 Hz,电压波形的畸变导致输出电流谐波含量大,在永磁体中产生涡流损耗,导致永磁体局部过热甚至产生不可逆退磁。文中分析涡流损耗的来源和计算方法,针对电流谐波产生的永磁体涡流损耗,基于实际测量电流波形分析电流谐波涡流路径、各次谐波涡流损耗的大小、永磁体槽口深度hr与涡流损耗的关系及分段与涡流损耗的关系。分析结果表明：电流谐波是产生永磁体涡流损耗的主要原因,主要为2次、5次、7次、11次、13次电流谐波;低速工况涡流损耗高于高速工况,这与低速工况5次、7次电流谐波幅值较大成正相关;采用分段后,电流谐波产生的涡流损耗大大降低,最佳轴向、径向分段数为6～8段。分析结果为牵引逆变器驱动的永磁同步电机降低电流谐波产生的永磁体涡流损耗以保障电机的安全运行提供了参考。     

动车组运行接地回流特性分析及优化

动车组运行工况复杂且车体结构具有差异性,车下各轴端接地电流分配不均,给接地碳刷维护带来不便。为探究动车组接地回流的基本分布规律,找出改善接地回流的方法,基于PSCAD仿真软件建立动车组在高速铁路上过吸上线动态仿真模型,并结合现场实测数据验证仿真模型的可靠性,探明动车组与吸上线的相对位置移动时动车组接地回流变化规律。通过分析动车组运行过程中不同车体的各个轴端接地装置处工作接地和保护接地接地电流大小变化趋势,提出对动车组头尾车保护接地加装接地电阻器以及在部分保护接地回路串接阻值不同的接地电阻器两种接地方式优化方案。仿真结果表明:优化方式一保护接地电流较大的1车接地电流整体降低了50%;优化方式二使各车保护接地电流大小限制在72 A以内。优化后的接地方式抑制了保护接地电流大小并使各轴端接地电流分布均匀,以上结论为设计更优良的接地方案提供了理论基础。     

动车组脉冲整流器谐波抑制的研究

文章重点研究动车组脉冲整流器,对其采用预测直接电流控制法进行控制,创造性地采用陷波滤波器法来降低直流侧电压低次谐波,采用比例谐波控制器来降低直流侧电流低次谐波。根据控制原理,运用Matlab建立仿真模型。仿真结果与实际情况相符,该研究工作为动车组脉冲整流器的谐波抑制研究提供了理论参考。     

不同激励频率下空气弹簧幅变特性研究

为验证所建立TPL-ASN空气弹簧模型的准确性,并研究激励幅值对空气弹簧动态特性的影响规律。采用基于TPL-ASN模型的自编空气弹簧动态特性仿真软件(ASDS),建立某高速动车组空气弹簧试验台模型,分析不同激励幅值下空气弹簧的动态特性,并将仿真计算的动刚度、阻尼比、阻尼和传递比与试验结果对比。结果表明,TPL-ASN空气弹簧模型能准确反映空气弹簧的非线性幅变特性;在中低频范围内,空气弹簧动刚度、阻尼比和阻尼的幅变特性较为明显,而在低频范围内激励幅值对空气弹簧动态特性基本没有影响;传递比的幅变特性在共振频率附近尤为明显,在中高频范围内较为复杂,在低频范围内影响较小。     

基于ATP-EMTP的牵引网回路对动车组车体接地回路电气耦合作用研究

在高速铁路的运行安全中,车体电压和接地环流是很重要的影响因素。动车组在运行过程中,牵引网回路与车体-接地线-钢轨形成的回路之间存在电气耦合。本文对该电气耦合作用进行研究,推导供电方式下牵引网回路对车体接地回路的电气耦合系数;以CRH380BL型动车组为例,在ATP-EMTP平台上建立车-网耦合模型,建模中用受控源模拟牵引网回路对车体接地回路的电气耦合,并计算各部分模型参数。分别对考虑和不考虑电气耦合的情况开展动车组降弓工况、升弓工况和带载过分相工况的建模仿真,与实测波形进行对比,验证了模型的准确性。通过比较车体电压和接地电流仿真结果,发现该电气耦合作用对车体过电压和接地环流均有一定影响。