一種靜態(tài)開(kāi)關(guān)控制的電力機(jī)車勵(lì)磁涌流抑制技術(shù)

黃景光， 趙嬌嬌， 林湘寧,2， 申 濤， 羅亭然

(1. 梯級(jí)水電站運(yùn)行與控制湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 三峽大學(xué)， 湖北 宜昌 443002；2. 強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 華中科技大學(xué)， 湖北 武漢 430074)

1 引言

在高速鐵路交流牽引供電系統(tǒng)中，電力機(jī)車由單相接觸網(wǎng)供電，機(jī)車在運(yùn)行過(guò)程中，每過(guò)25～50km就要進(jìn)行分區(qū)換相[1,2]。地面開(kāi)關(guān)式自動(dòng)過(guò)分相區(qū)在地面設(shè)置傳感器，將信號(hào)發(fā)送給控制系統(tǒng)，由地面開(kāi)關(guān)操作完成電力機(jī)車過(guò)分相區(qū)。但由于采用真空斷路器進(jìn)行電分相切換，供電死區(qū)時(shí)間長(zhǎng)[3]，而電力機(jī)車屬于感性負(fù)載，真空開(kāi)關(guān)合閘時(shí)，合閘瞬間主變壓器可能產(chǎn)生較大的勵(lì)磁涌流，從而引發(fā)變壓器保護(hù)誤動(dòng)作等現(xiàn)象，這對(duì)牽引電網(wǎng)、機(jī)車變壓器以及整個(gè)電力機(jī)車安全穩(wěn)定運(yùn)行都會(huì)造成不利影響[4,5]。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)電力機(jī)車過(guò)分相區(qū)的暫態(tài)過(guò)程做了相關(guān)的研究[6-9]。針對(duì)機(jī)車主變壓器產(chǎn)生合閘勵(lì)磁涌流這一問(wèn)題，文獻(xiàn)[10]采用加裝合閘電阻的方法，在地面開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換之前將電阻接入，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定后再將電阻斷開(kāi)，從而達(dá)到抑制勵(lì)磁電流的目的，但該方法不能從根本上完全抑制勵(lì)磁涌流。文獻(xiàn)[11]利用晶閘管串聯(lián)閥組構(gòu)成的電力電子開(kāi)關(guān)、通過(guò)控制合閘角，實(shí)現(xiàn)地面切換時(shí)電壓過(guò)零開(kāi)通。文獻(xiàn)[12]根據(jù)電壓相位，確定電力機(jī)車變壓器投入的最佳時(shí)刻，但由于各種因素的不確定性，實(shí)現(xiàn)合閘角剛好在某一時(shí)刻合閘難度較大，該方法不能起到很好的抑制效果。

為此，本文提出了一種靜態(tài)開(kāi)關(guān)控制的電力機(jī)車勵(lì)磁涌流抑制技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)控制靜態(tài)開(kāi)關(guān)分合來(lái)實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)與中性線的分合，并通過(guò)控制靜態(tài)開(kāi)關(guān)分合的時(shí)間，使機(jī)車在過(guò)分相區(qū)過(guò)程中，機(jī)車主變壓器鐵心磁通始終保持在一定范圍內(nèi)，不會(huì)超過(guò)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流所對(duì)應(yīng)的磁通界限值，因此，機(jī)車出分相區(qū)靜態(tài)開(kāi)關(guān)合閘瞬間，機(jī)車主變壓器不產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。最后，通過(guò)仿真驗(yàn)證了本文所提方法的可行性。

2 地面開(kāi)關(guān)式自動(dòng)過(guò)分相區(qū)勵(lì)磁涌流機(jī)理分析

本文研究的地面開(kāi)關(guān)式自動(dòng)過(guò)分相區(qū)示意圖如圖1所示。真空開(kāi)關(guān)K1、K2初始狀態(tài)屬于斷開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)機(jī)車即將行駛到分相區(qū)時(shí)，開(kāi)關(guān)K1閉合，中性線與供電臂A等電位；當(dāng)機(jī)車進(jìn)入分相區(qū)時(shí)，開(kāi)關(guān)K1斷開(kāi)，經(jīng)過(guò)短暫延時(shí)后，閉合開(kāi)關(guān)K2，中性線與供電臂B等電位，機(jī)車實(shí)現(xiàn)了分區(qū)換相[13]。中間這一短暫延時(shí)使機(jī)車處于失電狀態(tài)，機(jī)車主變壓器電源側(cè)繞組電壓為零，開(kāi)關(guān)K2閉合瞬間，電源側(cè)繞組電壓從零突然升高，由于機(jī)車主變壓器剩磁的影響及主磁通不能突變等情況，可能會(huì)導(dǎo)致變壓器鐵心嚴(yán)重飽和，產(chǎn)生較大的勵(lì)磁涌流。此時(shí)，機(jī)車主變壓器一次繞組總磁通為[14]：

φ(t)=-Φmcos(ωt+α)+Φmcosα+Φr

(1)

式中，φ為磁通值(Wb)；-Φmcos(ωt+α)為其穩(wěn)態(tài)分量；Φmcosα+Φr為其非周期分量；Φm為磁通幅值；α為合閘時(shí)電壓相位；Φr為剩磁。

圖1 地面開(kāi)關(guān)式自動(dòng)過(guò)分相區(qū)示意圖Fig.1 Ground’s auto-passing neutral section

若不計(jì)剩磁的影響，開(kāi)關(guān)K2合閘初相角為α=00時(shí)，磁通在合閘時(shí)最大可達(dá)到2Φm，大于飽和磁通，此時(shí)機(jī)車主變壓器會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊性勵(lì)磁涌流，可能會(huì)引發(fā)電力機(jī)車主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)等[15]，給機(jī)車運(yùn)行帶來(lái)不利影響。

3 消除勵(lì)磁涌流的方法及控制策略

3.1 消除勵(lì)磁涌流的技術(shù)方法

本文所提方法利用電力電子技術(shù)，通過(guò)控制靜態(tài)開(kāi)關(guān)的分合時(shí)間實(shí)現(xiàn)中性線上電壓的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車無(wú)沖擊過(guò)分相區(qū)。靜態(tài)開(kāi)關(guān)控制的電力機(jī)車勵(lì)磁涌流抑制技術(shù)示意圖如圖2所示。整個(gè)系統(tǒng)主要由控制系統(tǒng)、靜態(tài)開(kāi)關(guān)、AD采樣、比例運(yùn)算放大器、電壓互感器等構(gòu)成。

圖2 靜態(tài)開(kāi)關(guān)控制的電力機(jī)車勵(lì)磁涌流抑制技術(shù)示意圖Fig.2 Static switching control technique

機(jī)車在過(guò)分相區(qū)之前，電壓互感器TV1、TV2分別檢測(cè)供電臂A、供電臂B的電壓，并將電壓信息實(shí)時(shí)傳輸給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)對(duì)該信息進(jìn)行處理與判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果，給靜態(tài)開(kāi)關(guān)發(fā)送相應(yīng)跳閘或閉合的指令。當(dāng)機(jī)車還未進(jìn)入分相區(qū)時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)采集的電壓信息量對(duì)機(jī)車變壓器的磁通進(jìn)行分析判斷。當(dāng)機(jī)車進(jìn)入分相區(qū)時(shí)，此時(shí)開(kāi)關(guān)K1處于閉合狀態(tài)，控制系統(tǒng)在變壓器磁通過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻，給靜態(tài)開(kāi)關(guān)K1發(fā)送跳閘命令，K1斷開(kāi)，短暫延時(shí)后，通過(guò)預(yù)判斷，在機(jī)車由供電臂B電壓供電時(shí)，變壓器磁通過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻，給靜態(tài)開(kāi)關(guān)K2發(fā)送閉合命令。開(kāi)關(guān)K1在磁通過(guò)零點(diǎn)斷開(kāi)，K1斷開(kāi)后機(jī)車變壓器鐵心剩磁為零；開(kāi)關(guān)K2在磁通過(guò)零點(diǎn)閉合，此時(shí)變壓器磁通也為零，所以整個(gè)過(guò)程沒(méi)有暫態(tài)磁通的產(chǎn)生，不會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。

3.2 勵(lì)磁涌流消除系統(tǒng)控制策略

3.2.1 靜態(tài)開(kāi)關(guān)控制策略

變壓器電源側(cè)勵(lì)磁電流的大小取決于變壓器鐵心是否飽和及飽和程度，當(dāng)鐵心飽和后，勵(lì)磁電流迅速增大，當(dāng)電流增大到一定值時(shí)，形成勵(lì)磁涌流。變壓器近似磁化曲線如圖3所示，其中Φsat為飽和磁通，Isat為對(duì)應(yīng)的飽和電流。

圖3 變壓器鐵心近似磁化曲線Fig.3 Magnetic hysteresis loop of transformer core

由圖3可知，當(dāng)控制靜態(tài)開(kāi)關(guān)K2在鐵心磁通為零點(diǎn)合閘時(shí)，勵(lì)磁電流iu很小，不會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。但在實(shí)際運(yùn)用中，由于控制系統(tǒng)及硬件設(shè)施的局限性，剛好在過(guò)零點(diǎn)完成分合是很難控制的。為了保證抑制系統(tǒng)的可靠性，可延伸到磁通過(guò)零點(diǎn)附近一定范圍內(nèi)完成靜態(tài)開(kāi)關(guān)的分合。

供電臂A電壓供電時(shí)鐵心磁通波形示意圖如圖4所示，設(shè)ΦA(chǔ)max為K1可斷開(kāi)的時(shí)間范圍所對(duì)應(yīng)的磁通臨界值。供電臂B供電時(shí)變壓器鐵心磁通波形示意圖如圖5所示，設(shè)ΦBmax為K2可閉合的時(shí)間范圍所對(duì)應(yīng)的合閘初始磁通臨界值。

假設(shè)，當(dāng)|φ|≤|ΦA(chǔ)max|時(shí)，則滿足開(kāi)關(guān)K1斷開(kāi)的條件。由于要使變壓器在過(guò)零點(diǎn)時(shí)能實(shí)現(xiàn)滅弧，靜態(tài)開(kāi)關(guān)K1需在磁通過(guò)零點(diǎn)之前斷開(kāi)，由圖4可知，一個(gè)周期內(nèi)的(t1，t2)、(t3，t4)時(shí)間范圍內(nèi)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)K1均可斷開(kāi)。

圖4 供電臂A電壓供電時(shí)鐵心磁通波形圖Fig.4 Magnetic flux waveform of core when arm A is being charged

圖5 供電臂B電壓供電時(shí)鐵心磁通波形圖Fig.5 Magnetic flux waveform of core when arm B is being charged

由上述分析可知，只要確定ΦA(chǔ)max、ΦBmax的值，則可確定開(kāi)關(guān)K1斷開(kāi)與K2閉合的具體時(shí)間范圍。

3.2.2 靜態(tài)開(kāi)關(guān)可合閘范圍的確定

設(shè)機(jī)車在過(guò)分相區(qū)開(kāi)關(guān)K2合閘時(shí)，變壓器可允許的最大磁通為Φset，對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流為Iset(見(jiàn)圖3)。如果磁通大于Φset，則變壓器會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。設(shè)開(kāi)關(guān)K2合閘時(shí)，機(jī)車變壓器鐵心總磁通為φ，有：

φ≤Φset

(2)

開(kāi)關(guān)K1可斷開(kāi)時(shí)間范圍內(nèi)所對(duì)應(yīng)的磁通臨界值ΦA(chǔ)max，即為開(kāi)關(guān)K2合閘時(shí)變壓器的最大剩磁，因此合閘時(shí)變壓器鐵心的非周期分量的最大值Φ0max為：

Φ0max=ΦA(chǔ)max+ΦBmax

(3)

由式(1)可知，鐵心穩(wěn)態(tài)磁通分量最大值為Φm，因此變壓器鐵心總磁通的最大值φmax為：

φmax=Φm+ΦA(chǔ)max+ΦBmax

(4)

由式(2)、式(3)得到ΦA(chǔ)max、ΦBmax、Φset關(guān)系表達(dá)式為：

Φm+ΦA(chǔ)max+ΦBmax≤Φset

(5)

由圖3的磁化曲線可求出Φset與Iset函數(shù)表達(dá)式。設(shè)圖3中ab段磁化曲線的斜率為kab，則ab段的斜率方程為：

(6)

式中，Δi為單位時(shí)間內(nèi)的電流增量；ΔΦ為單位時(shí)間內(nèi)磁通的增量。

由此推出變壓器可允許的最大磁通Φset的函數(shù)表達(dá)式：

Φset=kab(Iset-Isat)+Φsat

(7)

由于Isat很小，可忽略不計(jì)，有：

Φset=kabIset+Φsat

(8)

Iset可根據(jù)變壓器繼電保護(hù)的整定值來(lái)確定。當(dāng)勵(lì)磁電流大于繼電器的整定值Iset1時(shí)，變壓器保護(hù)就會(huì)誤動(dòng)作，所以勵(lì)磁電流可允許的最大值Iset不能超過(guò)繼電器的整定值Iset1。

以變壓器差動(dòng)保護(hù)為例，繼電器的整定值[16]一般為：

Iset1=(0.2～0.5)IN

(9)

式中，IN為流過(guò)變壓器的額定電流。

則有：Iset≤Iset1，即

Iset≤(0.2～0.5)IN

(10)

為保證勵(lì)磁涌流抑制系統(tǒng)的可靠性，本文以Iset1=0.2IN確定勵(lì)磁電流可允許的最大值。最后由式(5)、式(8)得到ΦA(chǔ)max、ΦBmax、Φset的具體關(guān)系表達(dá)式：

Φm+ΦA(chǔ)max+ΦBmax≤kab(0.2IN)+Φsat

(11)

考慮到時(shí)間分配問(wèn)題，為了不使K1可斷開(kāi)時(shí)間過(guò)短，而K2可合閘時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；或K1可斷開(kāi)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而K2可合閘時(shí)間過(guò)短，可令ΦA(chǔ)max=ΦBmax。這樣既保證了系統(tǒng)的可靠性，又降低了系統(tǒng)控制復(fù)雜度。

由于該勵(lì)磁涌流抑制系統(tǒng)采集的是電壓信息量，需根據(jù)電壓與磁通的相位關(guān)系，確定開(kāi)關(guān)合閘或斷開(kāi)時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的電壓相位。

設(shè)電壓互感器TV1采集到供電臂A的電壓uAC為：

uAC=Umsinωt

(12)

由于供電臂A與供電臂B的相位相差±60°，這里設(shè)電壓互感器TV2采集到供電臂B的電壓uBC為：

uBC=Umsin(ωt-60°)

(13)

根據(jù)電磁感應(yīng)定律，變壓器原繞組的感應(yīng)電勢(shì)e1與磁通φ的關(guān)系如下：

(14)

式中，N1為線圈匝數(shù)。

設(shè)主磁通的變化規(guī)律為：

φ=φmcosωt

(15)

式中，φm為主磁通的最大值。

由式(14)、式(15)可知：

(16)

由式(16)可知，感應(yīng)電勢(shì)在時(shí)間相位上滯后主磁通90°。

以K2合閘為例，假設(shè)計(jì)算出變壓器鐵心磁通為過(guò)零點(diǎn)及過(guò)零點(diǎn)附近±θ范圍內(nèi)時(shí)可合閘，則電壓互感器TV2檢測(cè)到供電臂B電壓為峰值及峰值附近±θ范圍則是K2合閘的范圍。

考慮電力機(jī)車在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)控制系統(tǒng)給靜態(tài)開(kāi)關(guān)發(fā)送跳閘或閉合命令時(shí)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)動(dòng)作有短暫延時(shí)，所以可根據(jù)實(shí)際測(cè)量得出靜態(tài)開(kāi)關(guān)動(dòng)作的延時(shí)時(shí)間Δt，則控制系統(tǒng)發(fā)送命令的時(shí)間可根據(jù)實(shí)際情況提前Δt。

研究對(duì)象：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）英語(yǔ)專業(yè)2015級(jí)能源英語(yǔ)班學(xué)生，在前兩年英語(yǔ)專業(yè)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了為期一年的口譯專業(yè)學(xué)習(xí)，并且全部通過(guò)英語(yǔ)專業(yè)四級(jí)（TEM-4）考試。參加人數(shù)18人，研究周期為17-18整個(gè)學(xué)年口譯課。

為保證電力機(jī)車換相時(shí)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)完成分合的精度，確保換相的精確性，則有：

tx=tn+Δt

(17)

式中，tx為靜態(tài)開(kāi)關(guān)實(shí)際分合時(shí)間；tn為給靜態(tài)開(kāi)關(guān)發(fā)送合閘命令對(duì)應(yīng)的時(shí)間。當(dāng)在tn時(shí)刻控制系統(tǒng)發(fā)送命令給靜態(tài)開(kāi)關(guān)，在tx時(shí)刻可確保機(jī)車剛好完成換相，其中，tn為變壓器可合閘的時(shí)間范圍內(nèi)的任意時(shí)間值，此時(shí)可實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車平滑過(guò)渡，不會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。

4 仿真

為了驗(yàn)證本文所提出方法的正確性，本文以Matlab/Simulink為平臺(tái)建立地面開(kāi)關(guān)自動(dòng)過(guò)分相區(qū)勵(lì)磁涌流抑制技術(shù)系統(tǒng)仿真模型，分別對(duì)電力機(jī)車傳統(tǒng)過(guò)分相區(qū)方法和采用地面開(kāi)關(guān)式自動(dòng)過(guò)分相區(qū)勵(lì)磁涌流抑制方法進(jìn)行仿真。仿真參數(shù)如表1所示。

表1 仿真參數(shù)Tab.1 Parameters of simulation system

4.1 K1斷開(kāi)、K2閉合時(shí)間范圍的確定

通過(guò)表1仿真參數(shù)，計(jì)算得到Φset=1.73Φm，其中，變壓器磁化曲線參數(shù)：[0，0；0.00024，1.2；1.0，1.52]，Φsat=1.2Φm，由式(6)得到kab為0.321A/Wb。所以理論上開(kāi)關(guān)K2合閘時(shí)，變壓器總磁通φ不能超過(guò)Φset，保守可取φmax=1.70Φm，則ΦA(chǔ)max=ΦBmax=0.35Φm。通過(guò)大量仿真驗(yàn)證，確定合閘時(shí)變壓器總磁通φ可以取為φmax=1.70Φm，所以只要K2合閘時(shí)變壓器總磁通φ≤Φset，均可滿足合閘條件。

在上述仿真參數(shù)下，通過(guò)計(jì)算可知，在磁通過(guò)零點(diǎn)附近±0.0012s可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)開(kāi)關(guān)控制的機(jī)車變壓器勵(lì)磁涌流抑制技術(shù)，即零點(diǎn)附近±20.8°都能滿足合閘條件。但考慮到K1斷開(kāi)時(shí)，變壓器過(guò)零點(diǎn)時(shí)要實(shí)現(xiàn)滅弧，所以K1斷開(kāi)的時(shí)間應(yīng)為磁通過(guò)零點(diǎn)之前(0°，20.8°)范圍內(nèi)。K2閉合范圍為零點(diǎn)附近±20.8°均可。在上述范圍內(nèi)對(duì)靜態(tài)開(kāi)關(guān)進(jìn)行斷開(kāi)或閉合不會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。一個(gè)周期中的鐵心磁通波形圖如圖6所示。

圖6 供電臂B電壓供電時(shí)0.1834～0.2034s一個(gè)周期內(nèi)鐵心磁通波形圖Fig.6 Magnetic flux waveform of core in one cycle when arm B is being charged

圖6中，在0.1834～0.2034s這一個(gè)周期里，當(dāng)|Φmax|≤0.35|Φm|時(shí)變壓器都不會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，對(duì)應(yīng)時(shí)間段0.1872～0.1896s、0.1972～0.1996s內(nèi)的值都滿足K2閉合條件。

4.2 勵(lì)磁電壓、電流及磁通的仿真

勵(lì)磁涌流抑制系統(tǒng)沒(méi)有投運(yùn)時(shí)，即不控制靜態(tài)開(kāi)關(guān)的分合時(shí)間，在任意某點(diǎn)進(jìn)行換相，如開(kāi)關(guān)在0.16s時(shí)斷開(kāi)K1，在0.1940s閉合K2，主變壓器勵(lì)磁電壓u1、勵(lì)磁電流iu及鐵心磁通φ的波形如圖7所示。

圖7 未控制開(kāi)關(guān)分合時(shí)間變壓器勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、鐵心磁通波形Fig.7 Excitation voltage, current and flux waveform of transformer under uncontrolled-switching time

由圖7可以看出，機(jī)車在進(jìn)入分相區(qū)之前機(jī)車變壓器電壓u1與供電臂A電壓uAC相等，0.16s當(dāng)開(kāi)關(guān)K1斷開(kāi)后，中性線處于失電狀態(tài)，主變壓器一次側(cè)電壓u1約為0，在0.1940s時(shí)閉合開(kāi)關(guān)K2，機(jī)車變壓器的電壓為供電臂B電壓uBC。在K2合閘時(shí)，磁通較大，波形發(fā)生了偏離。由圖7的機(jī)車變壓器勵(lì)磁電流可見(jiàn)，機(jī)車出分相區(qū)合閘時(shí)，勵(lì)磁電流幅值瞬間達(dá)到近600A，有很大的勵(lì)磁涌流。

圖8 控制開(kāi)關(guān)分合時(shí)間時(shí)變壓器勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、鐵心磁通波形Fig.8 Excitation voltage, current and flux waveform of transformer under controlled switching time

由圖8可以看出，0.16s斷開(kāi)K1，0.1974s合上K2，此時(shí)磁通發(fā)生了一些偏離，但未完全偏離，沒(méi)有產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，表明此時(shí)的鐵心磁通沒(méi)有達(dá)到Φset。

為了達(dá)到更好的抑制效果，可將范圍減小，嚴(yán)格控制靜態(tài)開(kāi)關(guān)在零點(diǎn)附近閉合，此時(shí)的主變壓器勵(lì)磁電壓u1、勵(lì)磁電流iu及鐵心磁通φ的波形如圖9所示。

圖9 控制磁通過(guò)零點(diǎn)開(kāi)關(guān)分合時(shí)變壓器勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、鐵心磁通波形Fig.9 Excitation voltage, current and flux waveform of transformer when controlled switching at the time 0

磁通過(guò)零點(diǎn)時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)K2，由圖9可以看出，此時(shí)變壓器勵(lì)磁電流的幅值沒(méi)有發(fā)生任何偏離，沒(méi)有勵(lì)磁涌流產(chǎn)生。

綜上所述，當(dāng)開(kāi)關(guān)K2合閘時(shí)，變壓器總磁通在φ≤Φset所對(duì)應(yīng)的時(shí)間范圍內(nèi)，此時(shí)變壓器不會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，磁通過(guò)零點(diǎn)時(shí)抑制效果最好。當(dāng)總磁通在φ>Φset所對(duì)應(yīng)的時(shí)間范圍時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生沖擊性勵(lì)磁涌流。表明地面靜態(tài)開(kāi)關(guān)控制的電力機(jī)車勵(lì)磁涌流抑制技術(shù)系統(tǒng)能夠有效消除勵(lì)磁涌流。

5 結(jié)論

本文針對(duì)電力機(jī)車過(guò)分相區(qū)時(shí)機(jī)車變壓器產(chǎn)生合閘勵(lì)磁涌流對(duì)機(jī)車和牽引網(wǎng)產(chǎn)生的不良影響，提出了由靜態(tài)開(kāi)關(guān)及電力電子元件組成的靜態(tài)開(kāi)關(guān)控制的電力機(jī)車勵(lì)磁涌流抑制技術(shù)。通過(guò)控制靜態(tài)開(kāi)關(guān)分合的時(shí)間，來(lái)實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車無(wú)沖擊換相。經(jīng)過(guò)分析和仿真，得到如下結(jié)論：

(1)提出的靜態(tài)開(kāi)關(guān)控制的電力機(jī)車勵(lì)磁涌流抑制技術(shù)能夠有效抑制電力機(jī)車主變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生，提高了牽引系統(tǒng)和機(jī)車運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，避免了勵(lì)磁涌流直流分量和高次諧波分量對(duì)牽引網(wǎng)電能質(zhì)量造成的不良影響。

(2)本系統(tǒng)采用靜態(tài)開(kāi)關(guān)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的真空開(kāi)關(guān)，避免了真空開(kāi)關(guān)分合的不精確性，通過(guò)準(zhǔn)確控制開(kāi)關(guān)時(shí)間，能夠?qū)崿F(xiàn)電力機(jī)車無(wú)沖擊換相。

(3)本文提出的靜態(tài)開(kāi)關(guān)控制的電力機(jī)車勵(lì)磁涌流抑制技術(shù)，中性線上一直處于帶電狀態(tài)，電力機(jī)車過(guò)分相區(qū)時(shí)，可確保電力機(jī)車不斷電運(yùn)行，確保了電力機(jī)車的運(yùn)行速度，同時(shí)也避免了失電對(duì)電力機(jī)車造成的危害。

參考文獻(xiàn)(References)：

[1] 冉旺，鄭瓊林，杜玉亮，等(Ran Wang，Zheng Qionglin，Du Yuliang，et al.)．過(guò)分相不間斷供電列供系統(tǒng)過(guò)電壓抑制研究(Study of over-voltages elimination with uninterruptible power supply of auxiliary power supply system) [J]．鐵道學(xué)報(bào)(Journal of the China Railway Society)，2016，38(9)：46-51．

[2] 杜玉亮(Du Yuliang)．列車輔助系統(tǒng)不斷電技術(shù)研究(Research on uninterrupted power supply technology for the auxiliary system of electrical locomotives) [D]．北京：北京交通大學(xué)(Beijing：Beijing Jiaotong University)，2016.

[3] 王凱東，王毅，張明志(Wang Kaidong，Wang Yi， Zhang Mingzhi)．12kV真空斷路器半雙穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(Design of half bistable permanent magnetic actuator used in 12kV vacuum circuit breaker) [J]．電工電能新技術(shù)(Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy)，2017，36(4)：29-36．

[4] 戈文祺，汪友華，陳學(xué)廣，等(Ge Wenqi, Wang Youhua, Chen Xueguang, et al.)．電力變壓器鐵心剩磁的測(cè)量與削弱方法(Method to measure and weaken the residual flux of the power transformer core) [J]．電工技術(shù)學(xué)報(bào)(Transactions of China Electrotechnical Society)， 2015，30(16)：10-16．

[5] 姜曉峰，何正友，胡海濤，等(Jiang Xiaofeng，He Zhengyou，Hu Haitao，et al.)．高速鐵路過(guò)分相電磁暫態(tài)過(guò)程分析(Analysis on electromagnetic transient process of electric multiple unit passing neutral section devices) [J]．鐵道學(xué)報(bào)(Journal of the China Railway Society)，2013，35(12)：30-36．

[6] 歐陽(yáng)樂(lè)成，吳廣寧，高國(guó)強(qiáng)，等(Ouyang Lecheng，Wu Guangning，Gao Guoqiang，et al.)．車載真空斷路器操作過(guò)電壓及其保護(hù)研究(Study on vehicle-mounted vacuum circuit breaker switching overvoltage and its protection) [J]．電工電能新技術(shù)(Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy)，2013，32(2)：87-91．

[7] 范興明，葛琳，張?chǎng)?，?Fan Xingming，Ge Lin，Zhang Xin, et al.)．基于選相合閘技術(shù)的變壓器勵(lì)磁涌流的仿真分析(Analysis and simulation of power transformer inrush current based on the phase selection switch technology) [J]．高壓電器(High Voltage Apparatus)，2014，50(2)：54-59．

[8] 仇龍剛，周福林，張永嵐，等(Qiu Longgang, Zhou Fulin, Zhang Yonglan, et al.)．基于PSCAD的機(jī)車過(guò)分相過(guò)電壓及抑制方法仿真研究(Simulation research of over-voltages of the locomotive during passing phase insulator based on PSCAD) [J]．電力學(xué)報(bào)(Journal of Electric Power)，2014，29(1)：451-456．

[9] 田旭，姜齊榮，魏應(yīng)冬，等(Tian Xu，Jiang Qirong，Wei Yingdong，et al.)．基于兩相式模塊化多電平變流器的電氣化鐵路不斷電過(guò)分相裝置拓?fù)溲芯?Two-phase modular multilevel converter topology study of railway uninterruptible phase-separation passing device) [J]．電網(wǎng)技術(shù)(Power System Technology)，2015，39(10)：2901-2906．

[10] 謝曲天(Xie Qutian)．電力機(jī)車過(guò)分相電磁暫態(tài)過(guò)程研究(Research on magnetic transient for the passing neutral section of electric locomotive) [D]．衡陽(yáng)：南華大學(xué)(Hengyang: University of South China)，2015．

[11] 冉旺，李雄，劉冰，等(Ran Wang，Li Xiong，Liu Bing，et al.)．地面自動(dòng)過(guò)分相中開(kāi)關(guān)切換的瞬態(tài)過(guò)程研究(Research on transient process of ground’s auto-passing neutral section at switching time) [J]．電工技術(shù)學(xué)報(bào)(Transactions of China Electrotechnical Society)，2011，26(11)：150-155．

[12] 羅禮全，王毅，常廣(Luo Liquan, Wang Yi, Chang Guang)．電力機(jī)車自動(dòng)過(guò)分相區(qū)涌流分析(Analysis of inrush current during auto-passing phase of electric locomotive) [J]．北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)(Journal of Beijing Jiaotong University)，2011，35(6)：57-61．

[13] 李占元，張偉紅，杜秀紅(Li Zhanyuan，Zhang Weihong，Du Xiuhong)．預(yù)充磁繞組在抑制變壓器空載合閘勵(lì)磁涌流中的應(yīng)用實(shí)例(Applied example of pre-magnetizing winding in suppression of no-load switching magnetizing inrush current of transformer) [J]．變壓器(Transformer)，2013，50(3)：34-40．

[14] 曾耀吾，李曉松，陳萌，等(Zeng Yaowu，Li Xiaosong，Chen Meng，et al.)．機(jī)車牽引變壓器空載合閘勵(lì)磁涌流特性分析(Magnetizing inrush current characteristics of locomotive traction transformer no-load switching) [J]．電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)(Journal of Electric Power Science and Technology)，2013，28(4)：19-24．

[15] 周廷冬，徐永海(Zhou Tingdong，Xu Yonghai)．基于MMC的配電網(wǎng)電力電子變壓器故障特性分析(Fault characteristic analysis of power electronic transformer based on MMC in distribution network) [J]．電工電能新技術(shù)(Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy)，2017，36(5)：34-41．

[16] 張保會(huì)，尹項(xiàng)根(Zhang Baohui, Yin Xianggen)．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)(Power system protective relaying) [M]．北京：中國(guó)電力出版社((Beijing: China Electric Power Press)，2009．