交流傳動電力機車車網電壓不穩定影響因素及處理技術分析

李永忠

摘 要：交流傳動電力機車的車網電壓在機車整個運行的過程當中經常會出現因為各種原因而導致的車網電壓不穩定的現象發生；所以我們為了能夠真正地避免和解決這一系列的問題以及問題形成的因素，首先就需要對車網電壓的線性化處理過程進行分析，只有推導出直流電壓對系統閉環控制的有關函數，才能根據小增益原理導出直流電壓環節閉環系統穩定的有利條件，并利用軟件仿真實驗來進一步地分析推理出可靠的理論依據，最后進行解決方案的研究和實施。

關鍵詞：交流傳動電力機車；小增益原理；傳遞函數

1 車網電壓不穩定的原因分析

2007年底，太原鐵路部門引進了多輛電力機車進行運營，由于運營的電力機車牽引變流器與接觸傳動車網電壓不穩定，導致了變流器中間的回路發生了故障，使得機車最后被迫停止了運行；同樣的情況還發生在瑞士，由于車網振蕩現象的發生，導致了電力機車的大范圍停止運行，這一系列的狀況都使得研究人員不得不進行高度重視，我們國家也安排了專門人員投入到車網電壓不穩定的影響因素分析和處理的相關研究中。

1.1 理論分析

交流傳動電力機車一般都由牽引變壓器、網側PWM四象限變流器、中間直流環節、逆變器以及牽引電機組成其自身的重要牽引系統；包含牽引供電機制的交流傳動電力機車等效電路結構如圖1所示：

圖1 交流傳動電力機車等效電路

在圖1中，Vlinc表示的是整個系統的變電器多牽引供電變壓器輸出電壓折算到電力機車變壓器副邊上的電壓，它也是電力機車交流傳動等效電路系統最為合理的電壓，Zs表示的是牽引供電變壓器的阻抗與電動機車電流輸入端口接觸網線路阻抗的集合，我們可以將這兩種阻抗一起折算到機車變壓器的副邊阻抗當中；而Zt則是代表著電動機車的變壓器的整體阻抗。iac是PWM四象限變流器的輸入電流；idc則表示為PWM四象限變流器的輸出電流；Vdc是表示直流環節的具體電壓，而旁邊的L2和C2則在一起組成了二次濾波環節，Cd所表示的是直流側支撐電容，iload表示的是電機逆變器的直流側面的等效電流值。由此我們可以得知，在同一條供電臂上的同一處位置，一旦有多臺機車一同進行啟動運行，就會使網側阻抗的電壓達到一輛電力機車的N倍，忽略四象限變流器所產生的損耗不計，四象限變流器的輸出和輸入功率在多臺電動機車同時啟動運行的過程中，只有在系統整體各項系數為正數的時候，才有可能保證交流傳動電力機車的車網電壓和運作系統維持穩定性。

1.2 增益原理

基于赫爾維茨穩定判據的前提下，我們為了使直流輸出電壓達到相對穩定，可以適當的對控制系統進行調整，使之滿足赫爾維茨穩定判據，具體情況可以根據小增益原理進行設計。

圖2所示的就是一個典型的不確定的控制系統，我們依據小增益原理可以進行假設，如果標稱系統H（s）和擾動系統△（s）都是相對比較穩定的，那么只需要

這一公式成立，這個反饋系統就能在一定程度上達到穩定的標準了。我們依照小增益定論可以有效的推導出一個結論，那就是在小增益定理依據滿足赫爾維茨穩定判據的情況下，直流電壓環節的閉環系統魯棒穩定的充分條件應該為

由此我們可以得到結論那就是，只有電力機車的數量n與Pl調節器的參數k是相對比較好調節的，因此當n產生變化的時候，我們只需要對k進行必要的調整，就可以有效的保證系統整體運行的完整性和穩定性。而n與網側阻抗Ls也有著必然的聯系，Ls的數據值越大，可以一同進行運作的電力機車數量也就是n的數值就會越小。所以，在阻抗參數值較高的牽引供電系統中，同一個供電臂下聚集大量的高功率電力機車就是導致車網振蕩的主要誘發因素。

我們從以上的研究當中可以得知，當k=0.9且n=7的時候，我們只需要對k的參數進行適當的調整，就可以使其重新回歸相對穩定安全的狀態中去。因此我們也就能夠推理出，上述的理論分析和研究是具有可靠性的，當控制系統的參數能夠達到赫爾維茨穩定判據的標準時，k的參數調整能夠使系統維持穩定和安全。n的參數與網側的阻抗R是相互對應的，R的參數越大，能夠同時進行啟動和運作的電力機車數量也就相對越少，而網側阻抗參數R越小，赫爾維茨穩定判據無法被滿足，這個時候，無論對k進行怎么樣的調整，系統的運行都無法得到穩定，因此，在同一地點絕對不能夠安設大量密集的高功率電力機車，不然就會成為引發車網振蕩的外部直接因素。

2 關于交流傳動電力機車車網電壓不穩定因素的研究結論

根據以上的論述和分析我們可以得出結論，當系統充分滿足赫爾維茨穩定判據和小增益原理的時候，盡管n在進行變化，只要通過調整k的數據值就可以保證整個系統維持完整的穩定性，如果赫爾維茨穩定判據不能得到滿足，那么我們就只能調整系統原本參數這一種辦法來維持穩定了，但這種操作方法的難度系數非常大，很難輕易地完成。

3 結束語

交流電力機車在相同的一條供電臂的供電環境下，電力機車的數量與網側的阻抗往往能夠直接影響到機車整體運行的穩定性和流暢性。網側阻抗數值越大，可以同時進行啟動和運作的電力機車數量也就相對越少，總的來說，在大多數情況下，我們只需要變動Pl調節器的數據參數k就能夠讓電力機車的車網重新穩定下來，而一旦電力機車的數量在調整之后無法達到赫爾維茨穩定判據的時候，就應該及時的停止這一方案的施行。對于電路和機車，我們可以為其裝上帶有源濾波器的一系列特殊裝置來在一定程度上減少車網電壓的振蕩，抑制其不穩定的因素發生。

參考文獻

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