适用于三电平逆变器的电流谐波最小脉宽调制策略

受限于散热条件,大功率牵引传动系统中逆变器开关频率通常很低,三电平逆变器由于在低开关频率下具有较小的输出谐波、较低的dv/dt等特点在中高压大功率领域中被广泛应用。以三电平中点钳位型逆变器为研究对象,提出一种电流谐波最小脉宽调制策略(CHMPWM),基于加权总谐波畸变最小的优化目标求解不同开关角个数下的开关角曲线,与目前应用较为广泛的特定次谐波消除脉宽调制进行谐波性能对比。该方法不会完全消除特定次数的谐波成分,但是总体电流谐波可以达到最小。针对电流谐波最小脉宽调制策略在实现过程中存在的困难,设计全速度范围基于电流谐波最小脉宽调制的多模式调制策略。仿真和实验结果表明,提出的调制策略具有良好的谐波性能,与理论分析结果一致。

基于SHEPWM的多模式调制切换策略研究

以大功率电力机车牵引传动系统为背景,针对其逆变器开关频率最大值较低的特点,采用一种基于SHEPWM的多模式调制策略以实现牵引电机在速度全程范围的平滑运行。在综合考虑SHEPWM的实现方法、分析输出电压的谐波成分及电流特性的基础上,对不同调制方式间或相同调制方式的不同载波比之间的切换策略进行深入研究,提出一种基于SHEPWM的三相电压同时切换策略,使控制牵引电机切换的算法显著简化。最后,通过仿真和实验验证切换策略。

特定次谐波消除调制方式的谐波特性分析

在电力机车牵引传动系统中,受到最高开关频率以及输出电压、电流谐波性能的限制,无论是牵引逆变器还是辅助逆变器都广泛地采用特定次谐波消除调制方式(SHEPWM),以消除低次谐波。本文中对不同开关角分布下的SHEPWM在消除低次谐波后,高次电压谐波幅值随调制比的变化规律进行了分析,并以异步电机为例,对感性负载条件下的电流谐波以及引起的转矩脉动等都进行了详细的量化研究,从而可以更加准确地衡量SHEPWM的性能指标,并对相关采用SHEPWM的应用领域中滤波器的设计等问题提供参考依据。

电力机车牵引电机在方波下的控制策略

在大功率交流电力机车牵引传动系统中,牵引电机在进入弱磁区之后通常要进入方波工况。方波下电机电压失去调节能力,使传统的矢量控制算法失效。本文中提出了一种基于电流开环控制的改进型矢量控制策略,使牵引电机在方波下仍然能够进行矢量控制;同时采用了一种改进型的电压控制器,保证了电机在弱磁区全速度范围内的最大转矩输出。最后利用电流开环控制的特点,提出了一种基于q轴电流误差的磁场定向校正策略,保证了方波下磁场定向角度的准确。仿真和实验结果证明了整个控制策略的有效性。

基于交流电机定子磁链的CHMPWM切换策略

在电力机车牵引逆变器等大功率传动系统中,受到最高开关频率以及输出电压、电流谐波性能的限制,通常需要采用特殊的优化脉宽调制策略。其中,电流谐波最小PWM(current harmonic minimum PWM,CHMPWM)得益于其谐波电流最优的特点,可以使电机控制性能,转矩脉动,谐波损耗等都得到间接优化,受到越来越多的关注。文中在计算得到不同开关角个数下CHMPWM的开关角分布后,对CHMPWM下异步牵引电机的定子磁链轨迹在不同开关角个数下随调制比的变化规律进行分析,以此为基础,提出一种基于定子磁链轨迹的CHMPWM在不同开关角个数和开关角区段之间进行切换的策略。该切换策略不需要对切换前后谐波电流进行复杂的理论分析,实现简单。仿真和实验结果都证明了该切换策略的有效性。

地铁车辆异步电机仿真与直接转矩控制研究

电力牵引系统是地铁列车运行与制动的核心部分,牵引电机主要采用三相交流异步电机进行控制,控制方法多样。为验证直接转矩控制法在牵引电机中的控制效果,在MATLAB/Simulink仿真设计中采用DTC控制牵引电机的转速,进而控制轨道车辆的车速,完成地铁电力牵引系统的建模。仿真过程中定子电流正弦曲线规律、定子磁链收敛为规整圆形、转矩控制及时响应,牵引电机稳定运行。仿真结果表明,采用直接转矩控制法使得城市轨道交通牵引系统具有良好的控制性能。

高速动车组进出隧道前照灯自动开关装置研究

本文针对山区高速铁路昼间行驶隧道多,高速动车组进出隧道需要司机频繁开关前照灯而造成很大的负担和一定的劳动强度等问题,研制出高速动车组进出隧道前照灯自动开关装置,光敏电阻传感器根据隧道内外光照强度不同,单片机自动控制高速动车组前照灯开启或关闭,减轻动车组驾驶员的工作强度,达到高铁运输安全的目的。

大功率电力机车制动电阻温度辨识研究

针对现有大功率电力机车制动电阻检测技术存在的不足,提出一种机车制动电阻辨识方法,该方法不需要额外增加温度检测电路或温度传感器,利用制动电阻跟随温度变化的特性,通过牵引变流器主电路中现有的中间直流电压和制动斩波电流关系曲线得到制动电阻的实时电阻值,可在机车制动电阻的运行工作中实时监控整个机车制动电阻的工作状态,并在机车制动电阻出现故障前预报,从而防止机车制动电阻的故障产生。试验结果表明,采用加权递推最小二乘法和分段线性插值法能够辨识出大功率电力机车制动电阻的温度值。

基于MBSE的货运机车自动驾驶系统建模方法研究

针对货运机车自动驾驶系统与既有系统融合过程中产生的冗余方案权衡问题,将基于模型的系统工程(Model-Based System Engineering,MBSE)引入货运机车自动驾驶系统的设计中,利用SysML建模语言,创建货运机车自动驾驶系统与既有系统进行冗余方案权衡分析的方法。以HXD1C机车自动驾驶系统过分相场景为例,通过功能分解、方案对比、方案评价3个环节,梳理冗余方案,借助活动图和类图对非参数指标进行分析评价,建立Simulink-CSM集成仿真机制对参数指标进行分析评价,最终通过层次分析法(The Analytic Hierarchy Process,AHP)选择最佳方案。结果表明,将基于模型的系统工程方法与货运机车自动驾驶系统的设计结合,可在早期进行方案权衡,能有效避免架构冗余,降低了设计开发的经济和时间成本,防止低效重复性建设。

面向节能的重载列车辅助驾驶模型预测控制研究

近年来随着重载铁路运输的快速发展,列车的能耗问题日益突出。目前大多通过改造列车设备来达到节能的效果,但列车驾驶人员操作的差异性所产生能耗却常被忽视,特别是重载货运列车的高载重、列车长、惯性大等因素导致驾驶操纵不易,造成列车运行能耗差异更大。因此,研究重载列车辅助驾驶节能技术变得至关重要。对此,通过分析重载电力机车牵引列车的运行能耗与驾驶操纵的关系,在当前列车驾驶操纵控制的基础上研究了辅助智能驾驶节能控制方法,提出列车辅助驾驶系统,通过优化列车运行曲线并通过模型预测控制自适应调整列车的运行工况序列来实现。系统结合线路条件、运行环境、列车控制、LKJ安全监控防护以及地面指挥调度,基于列车运行曲线实时跟随预测、协同智能控制基础上融合模型预测控制,自适应调整列车控制牵引/制动特性,进行滚动寻优控制,优化列车操纵运行速度曲线,精准控制重载机车的牵引/制动力的发挥,从而优化车-环境-线路中列车协同运行的能耗控制。最后,以模拟京广线路区段的部分线路进行仿真对比实验。结果表明,采用模型预测的重载列车辅助驾驶可降低列车运行能耗约12.4%,验证了本文提出的列车辅助驾驶控制方法的有效性,助力了重载列车的节能、绿色、安全操纵运行。

上海轨道交通09A03和07A02型列车ATO牵引指令继电器故障分析及改进措施

[目的]针对上海轨道交通09A03和07A02型列车发生的ATO(列车自动牵引)牵引模式下存在的冲动问题,分析故障原因并提出改进措施。[方法]介绍了09A03和07A02型列车运行中发生冲动的故障现象;从ATO和ATP(列车自动保护)电路设计原理上对故障产生的原因进行了分析,确认是选型问题导致继电器触点卡滞粘连;提出了整改建议,并就未来新车设计方向提出了一些设想。[结果及结论]将09A03和07A02型列车ATO牵引指令继电器更换为3RH2122-2LF40型接触器,能同时满足列车对该继电器的各种要求。在后续列车的型式试验阶段,对列车ATO牵引回路、ATP牵引回路和ATO制动回路的所有负载设备进行浪涌电流检测,以在首列车生产阶段发现ATO牵引指令继电器的选型问题。

电力机车牵引传动系统矢量控制

以大功率交流传动电力机车为背景,研究了低开关频率下基于多模式同步调制的矢量控制。针对大功率牵引传动系统开关频率低的特点,采用了基于异步调制-同步调制和优化PWM的多模式调制策略。而针对将矢量控制和多模式调制策略结合后的新问题,通过相角调节器,以及转子磁链幅值、角度的控制和补偿等方面的研究实现了不同调制策略以及定向不准等情况下电机转矩的精确控制。由于方波工况下电压不能调节,还研究了方波工况下的控制方法。最后通过仿真和实验给予了验证。

混合动力列车运行控制的研究

研究一类基于"电网+蓄电池+超级电容"的新型混合动力列车。首先介绍列车的结构与牵引计算方法,然后给出基于目标速度曲线的列车自动运行控制方法。以此为基础,分析混合动力系统的能量传递关系,提出功率分配策略。为验证所研究列车的性能,对该列车在某线路的运行过程进行仿真。仿真结果表明:列车控制系统能够生成目标速度曲线,并控制列车跟踪该曲线自动运行;混合电源功率分配算法能有效分配蓄电池与超级电容的输出功率;采用回收制动能量与站台充电的方案,该列车能够在全线(除站台以外)不架设接触网的情况下驶完某全长为10km设有6个车站的线路。

大功率交流电力机车脉宽调制方法

针对大功率交流传动电力机车最高开关频率比较低的特点,研究了其在整个速度范围内的调制策略,在低载波比条件下研究并分析了一种中间60°调制方案,在此基础上分析了在不同调制方法和不同载波比之间切换的原则,实现了异步调制、普通同步调制、中间60°调制以及方波之间的平滑切换,最后通过仿真和实验给予了验证。

电力机车用110V大功率高频开关电源电磁兼容性

针对新开发的全桥型电力机车用110V高频开关控制电源,建立IGBT的模型,用以模拟开关过程中所用IGBT反向恢复过程。通过建立各无源元件的高频模型,提取出其寄生参数。在Saber仿真环境中建立传导噪声仿真模型,解决电磁干扰问题。通过在Candence软件中重新提取连接导线的寄生参数进行仿真,得到修改布线后的传导噪声水平。分析认为在较低频段时,差模传导噪声占主导地位;利用滤波、屏蔽等方法和手段能够达到抑制电磁干扰的目的。

仿人控制的电力机车自动过分相装置研究

介绍了一种勿需地面位置感知信号进行控制的电力机车自动过分相方案。它通过隔离 4 85通讯从机车安全信息综合监测装置 TAX箱获取机车的实时运行信息 ,与预先存储的分相点位置信息比较 ,判断机车是否到达分相点。通过对当前级位进行采样 ,控制级位的升、降和主断路器的分、合 ,完成机车自动过分相过程。该装置采用仿人控制原理 ,借助于司机的操作经验和决策过程 。

铁路高速列车网络控制系统及其电磁兼容性研究

概述了目前国内各种高速列车动车组及其列车网络控制系统;介绍了各列车网络控制系统遵循的电磁兼容性标准;针对某一网络控制系统,分析了其主控电路、电源和接地、电缆等方面的电磁兼容性问题;最后,解决了某一实际高速列车车载电磁干扰问题.

超级电容储能装置容量配置影响因素分析

在城轨交通系统中加入超级电容储能装置,可有效抑制列车的再生制动失效问题。为模拟加入储能装置后城轨供电网络的能量流动情况,从全局、动态的角度搭建地面式超级电容储能系统仿真平台,针对国内某地铁线路进行仿真分析,探讨发车间隔、上下行发车时间差以及超级电容控制特性对容量配置结果的影响,并最终确定一套较为合理的容量配置方案。

牵引电机无速度传感器间接定子量控制系统研究

本文介绍间接定子量控制的基本原理以及全速范围间接定子量控制系统结构,提出基于观测器的异步电机无速度传感器控制方法,应用鲁棒控制理论、利用Matlab的LMI工具箱求解两个双线性矩阵不等式(BMIs)得到观测器的增益矩阵,并结合Lyapunov稳定性理论推出速度自适应律。将该速度辨识方法应用到牵引电机间接定子量控制系统中,进行了试验验证。

SS1型电力机车电器柜测试诊断系统

介绍SS1型电力机车电器柜测试诊断系统的软、硬件结构和设计原理，指出其通用测试描述方法，可以应用于其他电气系统。