交流傳動電力機車車網電壓不穩定的原因分析

朱攀峰

摘? 要：通過在系統中輸入瞬態功率守恒，建立車網耦合信號模型，對系統的等各個方面的因素，對低頻震蕩出現的問題以及影響因素系統分析，根據具體的參數信息，達到提升優化多車系統電壓不穩定的目的。

關鍵詞：交流傳動電力機車;車網電壓不穩定;原因分析

中圖分類號：U264 ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）18-0064-02

Abstract： By inputting transient power conservation into the system， the vehicle-grid coupling signal model is established， and the factors such as the system， the problems and influencing factors of low-frequency oscillation are systematically analyzed， according to the specific parameter information， to achieve the purpose of improving and optimizing the voltage instability of the multi-vehicle system.

Keywords： AC drive electric locomotive; network voltage instability; cause analysis

在社會經濟發展中，我國交通行業在不斷的發展，為了滿足人員對于交通出行的要求，交流傳動電力機車在不斷成熟。分析交流傳動電力機車車網電壓不穩定問題，了解其關鍵因素，提升交流傳動電力機車車網電壓的穩定性，可以達到提升交通運行安全性，增強舒適性的目的。對于我國社會經濟發展來說具有積極的作用。

1 交流傳動電力機車車網電壓不穩定的原因

交流傳動電力機車是接觸網單相交流電壓通過牽引變壓器降壓以及整流器整流之間轉換為直流，在通過直流中間環節以及逆變器的變換成頻率、電壓可調進行一個三相交流處理，達到向交流電動機供電機車的作用。整流器一般可以通過功率因數接近于1的四象限脈沖整流器進行處理，逆變器主要是通過電壓型的逆變器進行處理。通過研究可以發現電壓不穩定主要是在各種因素的共同作用之下導致的，其主要的因素具體如下：

第一，在環保、經濟等角度進行處理，導致輸電設備的強度與極限值接近。第二，并聯電容無功補償出現了大量增加，導致在電壓呈現下降問題，電網提供的無功功率呈現通過電壓平方的方式進行下降。第三，線路以及設備在進行投切處理中，誘發了電壓失穩等問題。

基于物理的角度分析電力系統穩定性，主要就是因為系統中功率平衡等問題影響，電力系統是關鍵的因素，其充分維持了系統的平衡性。電壓不穩定一般就是負荷母線節點功率出現了失衡等問題。在節點的無功功率以及負荷消耗之間的無功功率可以實現平衡的狀態，且其平衡點具有抑制擾動的作用，可以充分滿足母線電壓能的狀態中，則可以保障電壓的穩定性;反之則導致系統電壓下降，進而造成電壓崩潰的問題。

在系統出現擾動問題的時候，導致節點功率出現了不平衡的問題，其中一個節點的功率出現不平衡問題都會造成節點電壓出現變化，造成相位以及幅值的變化。而在節點電壓以及其相位的運動呈現穩定狀態中，則可以提升系統的穩定性。

無論是狀態元件還是網絡的擾動問題，都屬于動態元件的物力平衡。交流傳動電力機車車網電壓不穩會嚴重影響系統的安全性，造成嚴重的人身傷亡以及經濟損失性問題。

2 車網電壓不穩定原因研究方式概述

在電力機車運行中，其主要應用的單相四象限變流器型號為AC-DC，具有功率因數高以及交流電流諧波低的優勢，但是在實踐中還是存在車網耦合參數等問題，這些問題是導致系電壓不穩定的關鍵因素。如果多臺車在一個地點上共同運行的時候，就會導致電壓、傳動系統出現低頻震蕩，繼而導致電壓不穩定等問題。

通過分析多臺列車低頻振蕩問題，根據實際狀況分析存在的不穩定的因素。對列車臺數變化對于牽引網系統造成的影響，分析等效阻抗的變化，則可以了解到車網阻抗是因為其不匹配而導致系統出現振蕩，進而導致其出現不穩定等問題。

建立四象限變流器，了解函數特征變化以及主要的關系，基于特征值特性進行分析，綜合控制參數出現的低頻振蕩問題，進而達到分析不穩定因素的目的。

基于穩態功率守恒分析車網不穩定的問題，發現其余電壓環比例之間具有密切的關系。但是因為四象限變流器并沒有對車網電壓振蕩的頻率進行定量分析。

基于四象限變流器進行建模，分析狀態空間平均模型，綜合波形特征，對模型的平均值分離變化、半數周期平均的方式進行處理，再對其進行線性分析，獲得模型數據。基于時變特性，輸入交流穩態值等各項參數，利用正、余弦的方式進行分解，可以有效避免時變特性。

通過電壓平方的方式分析四象限變流器中，大范圍的線性化的模型，則可以達到避免處理復雜化，降低模型誤差的問題。利用多逆變器并網實現建模處理，通過對電壓源、電流源等相關變流器信息，進行模型處理，通過阻抗比數據以及其數據仿真的方式則可以分析系統的整體穩定性。

3 交流傳動電力機車車網電壓不穩定機理以及研究

交流傳動電力機車的車網電壓在機車運行中會出現不穩定，為了避免出現安全隱患問題;為了有效降低各種問題產生的不良影響，要對車網電壓的線性化處理進行分析，了解直流電壓對于系統閉環控制的各種函數，基于小增益原理分析直流電壓的閉環系統穩定性以及其相關有力因素，通過軟件仿真的方式分析理論參考，探究解決方案以及具體的解決措施。

3.1 系統低頻振蕩機理

多車系統的阻尼比是關鍵的因素。通過三角函數法進行分析，綜合牽引變流器分析電路參數，此系統容易誘發事故隱患問題。

3.2 車網系統電路模型分析

3.2.1 車網系統數學模型

為了達到提升多車運行穩定性的目的。在實踐中通過假設相同電臂之下一點的n臺列車，車電流呈現同步發展的狀態。進行網側線路阻抗壓降處理，其速度為單車運行速度n倍，線路等效線阻抗也變為原有數值的n倍。

3.2.2 增益原理

基于赫爾維茨穩定判據進行分析，為了提升質量輸出電壓的穩定性，通過對控制系統進行調整的方式進行處理，保障其可以有效滿足需求，對其進行競爭的判斷分析，在實踐中要基于小增益原理進行設計分析。

基于小增益原理假設，如果公式成立，則反饋系統符合標準要求，可以確定其在滿足了赫爾維茨穩定判據參數，閉環系統魯棒穩定性的條件參數為：

因此，分析電力機車數量、調節器參數，在參數出現變化時，要進行調整，保障系統運行穩定性，增強系統的完整性。網側抗組數值越大，則其一同運行的機車數量逐漸變小。可以證明相同供電臂大量功率高電力機車的聚集是導致車網振蕩，系統不穩定的關鍵因素。

在進行k=0.9，n=7的時候，調整k參數，保障其在穩定安全狀態中。通過理論研究，其較為可靠。控制系統參數符合赫爾維茨穩定判據標準，在達到判斷要求的時候，通過對調節器參數的調整，則可以達到提升參數穩定性以及安全性的目的。網速阻抗參數數值越大，同時啟動以及運作的電力機車數量就越小。如果網側阻抗的參數越小，無法滿足赫爾維茨穩定判據的要求，無論如何進行參數的調整，都無法保障系統的穩定性。

對此，在相同地點中要避免進行大量密集高功率的電力機車的設置，避免其導致出現振蕩等問題。

3.3 不穩定因素研究結論

在系統滿足赫爾維茨穩定判據以及小增益原理進行分析，在數量出現變化時，通過對調節器的參數進行調整，則可以實現車網運行的穩定性。通過調整后無法滿足要求，則要停止執行此方案。在電路以及機車中，通過源濾波器進行處理則可以有效地緩解車網電壓振蕩的問題，避免不穩定的問題出現。

4 結束語

本文在各種研究的基礎上，進行模型構建，通過系統分析，進行阻尼比等各項因素信息，通過對系統的低頻振蕩問題進行分析，了解具體的因素，則可以達到提升多車系統穩定性的目的。

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