動車組牽引傳動系統瞬態電流控制策略對電網沖擊的影響分析

楊逸帆

摘 要 動車組的牽引傳動系統是高鐵實現穩定運行的關鍵環節，而瞬態狀況下的電流控制情況對于電網的沖擊性影響是非常大的，甚至會影響到動車組的正常運行，可見瞬態電流控制策略在其中發揮著至關重要的作用。對此，動車組牽引傳動系統瞬態電流控制策略對電網沖擊的影響展開了分析。

關鍵詞 動車組牽引傳動系統 瞬態電流控制 電網沖擊 分析

在現代化科學技術與社會經濟的推進下，使得動車這種具有快捷、安全、舒適等優勢的新型運輸方式廣受廣大人民群眾的歡迎，隨著動車組鐵路規模不斷擴大速度不斷提升，其所面臨的電磁環境的侵擾性愈加復雜，使得動車組運行的安全性受到嚴重的影響。

一、動車組牽引傳動系統的主要結構

動車組牽引傳動系統是動車組實現運行的技術核心部分，他有效的實現了系統對于電能與機械能之間實施轉換的具體需求。當前國內鐵路的動車組采用的牽引傳動系統一般都是交—直—交結構系統，比如高速鐵路CRH2型、動車組CRH3型采用的都是這種結構系統。該種牽引傳動系統結構涉及到的內容比較多，比如牽引變壓器、主斷路器、牽引整流器、中間直流環節、牽引逆變器以及牽引電機等是其重要的組成部分。而牽引變壓器能夠實現交流電的改變，將原來牽引網27.5kV的單相工頻交流電轉變成為1.5kV的單相工頻交流電模式。其中采用的牽引整流器是建立在SPWM調制與瞬態電流控制基礎上的單相三電平整流器，能夠有效的實現電流的整流，將原來1.5kV的單相工頻交流電實現整流使其成為2.8kV的直流電（如圖1所示）。

二、牽引整流器系統的仿真模型

結合牽引傳動系統架構中的整流器電路，需要建立在C RH2的基礎上實現對牽引整流器系統的仿真，在這個過程中主要涉及到三電平四象限整流橋、三電平SPWM調制以及瞬態電流控制這三大模型（如圖2所示）。牽引整流器仿真模型中對社和參數進行了相關設定，其中牽引變壓器二次側電壓設定為1.5kV，牽引變壓器二次側電感LN和電阻RN的參數值分別設定為4.3mH、0.2Ω，牽引整流器直流側支撐的電容值C1與C2均設定為8.5mF，A、B相橋臂之間的二極管的IGBT一共有4個，并且都帶有相應的阻尼，設定其內阻值為0.001Ω，設定緩沖電阻值為1MΩ，箝位二極管的數量為4個，其內阻設定為0.001Ω，三角載波頻率值設定為1.25kHz，建立在牽引整流器瞬態電流控制的基礎上建立仿真模型，設定PI控制器在其中的比例參數值為2，設定積分參數值為1.5，設定電流比例的放大系數值為7，牽引變壓器的二次側電感LN的參數值為4.3mH、電阻RN的參數值設定為0.2Ω，而整流器的直流側電壓參數值則建立在牽引工況下設定為2.8kV，再生制動工況設定為3kV。

三、動車組牽引傳動系統不同工況下對于電網的沖擊影響分析

以我國CRH2型高鐵動車組為例，該動車組采用的傳動系統為動力較為分散的交-直-交傳動動車組，是建立在日本新干線E2-1000型動車組的原車型基礎上，實施相應的改進與設計而成，并實現了200km級別的高速列車，該列車的運行速度實現了200km/h，最高運行速度能夠達到250km/h。該型動車組的編組采用了8節編組的形式，在動力配置方面也發生了變動，由原來E2-1000的6動2拖的動力配置轉變成為4動4拖的動力配置。其采用的牽引供電網電壓則為單相AC25kV/50Hz，牽引變壓器采用的二次側電壓設定為單相AC1.5kV/50Hz，牽引整流器直流側支撐的電容值為16mF，中間直流環節中的電壓值為DC2.6kV/DC3.0kV（牽引/再生制動），牽引電機的額定功率值設定為300kW，采用的額定電壓為線電壓其電壓值為2kV，相關的額定頻率值為140Hz。依據相關理論展開分析，對CRH2動車組建立的牽引傳動系統模型實施充分的利用，進而實現處于不同工況下對于網側電壓電流產生的影響進行分析，在這個過程中對輔助牽引系統功率值進行了設定，功率值為300kVA。（一）牽引工況：單列從0km/h加速到200km/h利用上述CRH2牽引傳動系統模型，可得單列CRH2動車組由0km/h加速至200km/h時，220kV、25kV和1.5kV網側電壓電流波形，啟動瞬間，220kV供電電網電流諧波為13.15%；25kV牽引網電流諧波為19.35%。（二）再生制動工況：單列從200km/h減速至150km/h利用上述CRH2牽引傳動系統模型，可得單列CRH2動車組由200km/h減速至150km/h時，220kV、25kV和1.5kV，制動瞬間，220kV供電電網電流諧波為65.54%；25kV牽引網電流諧波為187.23%。

四、結束語

總而言之，在當前時代背景下，鐵路已經成為人們出現的重要交通工具，動車組的牽引傳動系統運行的安全性在其中顯得極為重要，因此有必要結合不同工況選的網側電壓對于電流各個方面產生的影響實施分析，以促進動車組牽引傳動系統運行的穩定性獲得保證。