基于半實物仿真平臺的列車過分相工況研究與分析

連蓉 韓建寧 沈晟 李磊

摘 要：列車過分相工況時通過無電區會引起電網電壓的突變，由此可能會造成功率模塊的過壓或過流，文中論述了基于半實物仿真平臺模擬過分相工況的全過程，詳細說明了對弓網模型的優化，系統實時仿真并監測過分相進入無電區和恢復網壓時刻的四象限輸入電流、逆變輸出電流的變化情況，用于驗證優化后的半實物仿真模型功能并分析過分相工況對列車功率模塊器件的影響。

關鍵詞：過分相；模型優化與驗證；半實物仿真；功率

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）07-00-02

0 引 言

列車在長距離的行駛過程中，需經過兩個變電所接觸網供電交界處的無電區，稱為過分相工況。列車進入無電區或者恢復供電時，電網網壓會出現較大突變，本文通過半實物仿真模型的優化，接入真實的實車運行控制單元進行系統聯調，從而模擬列車在過分相工況下對后級器件的影響[1，2]。

1 半實物仿真模型的實現

牽引系統半實物仿真模型用于模擬真實變流器的電氣特性，包括弓網模型、主回路模型和電機負載模型[3]。圖1所示是實際列車過分相的數據波形圖。

弓網模型為加入了干擾噪聲的電源模型，實時解算變壓器原邊的電壓、電流，考慮過分相工況需經過對弓網模型進行完善和優化，即在某一時刻導入真實過分相波形數據，如圖1所示，從進入無電區2 s時刻開始到恢復供電后2 s的這段波形數據導出成CSV格式，并通過Matlab導入生成.mat文件，具體如圖2所示。通過from workspace將實際過分相工況波形嵌入弓網模型中的具體做法如圖3所示。

2 系統聯調及其結果

基于以上嵌入過分相工況數據的半實物仿真模型，運行模型代碼，硬件環境將仿真模型輸出的可處理的數字信號轉換成TCU的物理輸入輸出量進行數據交互。在調試過程中，監測四象限輸入電流、母線電壓和逆變輸出電流的變化情況。

在某動車牽引工況下，車速在152 km/h時，嵌入三次過分相工況下監測到的波形結果如圖4所示。圖4所示依次為電網電壓、母線電壓、四象限輸入電壓、四象限輸入電流、逆變1輸出電壓、逆變1輸出電流、逆變2輸出電壓、逆變2輸出電流。三次過分相的四象限輸入電流瞬時值分別為947A、920 A、-1 120 A，逆變輸出電流瞬時值分別為247 A、253.3A、297.7 A。

3 結 語

根據上述牽引工況三次過分相半實物仿真數據對比，當列車在牽引工況過分相時會導致直流母線電壓過壓、四象限輸入電流過流、逆變輸出瞬時過壓等問題發生，可能會對功率模塊造成影響。

參考文獻

[1]王奇鐘.電力機車過分相時最低斷電速度及停車再開加速距離取值[J].電力機車與城軌車輛，2016（2）：76-78.

[2]謝興中.電力機車過分相問題的探討[J].機車電傳動，2008（3）：64-66.

[3]嚴云升.電力機車自動過分相方案的探討[J].機車電傳動， 1999 （6）：3-5.