動車組牽引傳動系統(tǒng)瞬態(tài)電流控制策略對電網(wǎng)沖擊的影響分析

楊逸帆

摘 要 動車組的牽引傳動系統(tǒng)是高鐵實現(xiàn)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而瞬態(tài)狀況下的電流控制情況對于電網(wǎng)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(tài)電流控制策略在其中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。對此，動車組牽引傳動系統(tǒng)瞬態(tài)電流控制策略對電網(wǎng)沖擊的影響展開了分析。

關(guān)鍵詞 動車組牽引傳動系統(tǒng) 瞬態(tài)電流控制 電網(wǎng)沖擊 分析

在現(xiàn)代化科學技術(shù)與社會經(jīng)濟的推進下，使得動車這種具有快捷、安全、舒適等優(yōu)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(guī)模不斷擴大速度不斷提升，其所面臨的電磁環(huán)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(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)

動車組牽引傳動系統(tǒng)是動車組實現(xiàn)運行的技術(shù)核心部分，他有效的實現(xiàn)了系統(tǒng)對于電能與機械能之間實施轉(zhuǎn)換的具體需求。當前國內(nèi)鐵路的動車組采用的牽引傳動系統(tǒng)一般都是交—直—交結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，比如高速鐵路CRH2型、動車組CRH3型采用的都是這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。該種牽引傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)涉及到的內(nèi)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(huán)節(jié)、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?qū)崿F(xiàn)交流電的改變，將原來牽引網(wǎng)27.5kV的單相工頻交流電轉(zhuǎn)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(diào)制與瞬態(tài)電流控制基礎(chǔ)上的單相三電平整流器，能夠有效的實現(xiàn)電流的整流，將原來1.5kV的單相工頻交流電實現(xiàn)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(tǒng)的仿真模型

結(jié)合牽引傳動系統(tǒng)架構(gòu)中的整流器電路，需要建立在C RH2的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對牽引整流器系統(tǒng)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(diào)制以及瞬態(tài)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(shù)進行了相關(guān)設(shè)定，其中牽引變壓器二次側(cè)電壓設(shè)定為1.5kV，牽引變壓器二次側(cè)電感LN和電阻RN的參數(shù)值分別設(shè)定為4.3mH、0.2Ω，牽引整流器直流側(cè)支撐的電容值C1與C2均設(shè)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(yīng)的阻尼，設(shè)定其內(nèi)阻值為0.001Ω，設(shè)定緩沖電阻值為1MΩ，箝位二極管的數(shù)量為4個，其內(nèi)阻設(shè)定為0.001Ω，三角載波頻率值設(shè)定為1.25kHz，建立在牽引整流器瞬態(tài)電流控制的基礎(chǔ)上建立仿真模型，設(shè)定PI控制器在其中的比例參數(shù)值為2，設(shè)定積分參數(shù)值為1.5，設(shè)定電流比例的放大系數(shù)值為7，牽引變壓器的二次側(cè)電感LN的參數(shù)值為4.3mH、電阻RN的參數(shù)值設(shè)定為0.2Ω，而整流器的直流側(cè)電壓參數(shù)值則建立在牽引工況下設(shè)定為2.8kV，再生制動工況設(shè)定為3kV。

三、動車組牽引傳動系統(tǒng)不同工況下對于電網(wǎng)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(tǒng)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(chǔ)上，實施相應(yīng)的改進與設(shè)計而成，并實現(xiàn)了200km級別的高速列車，該列車的運行速度實現(xiàn)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(jié)編組的形式，在動力配置方面也發(fā)生了變動，由原來E2-1000的6動2拖的動力配置轉(zhuǎn)變成為4動4拖的動力配置。其采用的牽引供電網(wǎng)電壓則為單相AC25kV/50Hz，牽引變壓器采用的二次側(cè)電壓設(shè)定為單相AC1.5kV/50Hz，牽引整流器直流側(cè)支撐的電容值為16mF，中間直流環(huán)節(jié)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(shè)定為300kW，采用的額定電壓為線電壓其電壓值為2kV，相關(guān)的額定頻率值為140Hz。依據(jù)相關(guān)理論展開分析，對CRH2動車組建立的牽引傳動系統(tǒng)模型實施充分的利用，進而實現(xiàn)處于不同工況下對于網(wǎng)側(cè)電壓電流產(chǎn)生的影響進行分析，在這個過程中對輔助牽引系統(tǒng)功率值進行了設(shè)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(tǒng)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(wǎng)側(cè)電壓電流波形，啟動瞬間，220kV供電電網(wǎng)電流諧波為13.15%；25kV牽引網(wǎng)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(tǒng)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(wǎng)電流諧波為65.54%；25kV牽引網(wǎng)電流諧波為187.23%。

四、結(jié)束語

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