交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)車(chē)網(wǎng)電壓不穩(wěn)定的原因分析

朱攀峰

摘? 要：通過(guò)在系統(tǒng)中輸入瞬態(tài)功率守恒，建立車(chē)網(wǎng)耦合信號(hào)模型，對(duì)系統(tǒng)的等各個(gè)方面的因素，對(duì)低頻震蕩出現(xiàn)的問(wèn)題以及影響因素系統(tǒng)分析，根據(jù)具體的參數(shù)信息，達(dá)到提升優(yōu)化多車(chē)系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定的目的。

關(guān)鍵詞：交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē);車(chē)網(wǎng)電壓不穩(wěn)定;原因分析

中圖分類(lèi)號(hào)：U264 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，我國(guó)交通行業(yè)在不斷的發(fā)展，為了滿(mǎn)足人員對(duì)于交通出行的要求，交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)在不斷成熟。分析交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)車(chē)網(wǎng)電壓不穩(wěn)定問(wèn)題，了解其關(guān)鍵因素，提升交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)車(chē)網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，可以達(dá)到提升交通運(yùn)行安全性，增強(qiáng)舒適性的目的。對(duì)于我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展來(lái)說(shuō)具有積極的作用。

1 交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)車(chē)網(wǎng)電壓不穩(wěn)定的原因

交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)是接觸網(wǎng)單相交流電壓通過(guò)牽引變壓器降壓以及整流器整流之間轉(zhuǎn)換為直流，在通過(guò)直流中間環(huán)節(jié)以及逆變器的變換成頻率、電壓可調(diào)進(jìn)行一個(gè)三相交流處理，達(dá)到向交流電動(dòng)機(jī)供電機(jī)車(chē)的作用。整流器一般可以通過(guò)功率因數(shù)接近于1的四象限脈沖整流器進(jìn)行處理，逆變器主要是通過(guò)電壓型的逆變器進(jìn)行處理。通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)電壓不穩(wěn)定主要是在各種因素的共同作用之下導(dǎo)致的，其主要的因素具體如下：

第一，在環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等角度進(jìn)行處理，導(dǎo)致輸電設(shè)備的強(qiáng)度與極限值接近。第二，并聯(lián)電容無(wú)功補(bǔ)償出現(xiàn)了大量增加，導(dǎo)致在電壓呈現(xiàn)下降問(wèn)題，電網(wǎng)提供的無(wú)功功率呈現(xiàn)通過(guò)電壓平方的方式進(jìn)行下降。第三，線路以及設(shè)備在進(jìn)行投切處理中，誘發(fā)了電壓失穩(wěn)等問(wèn)題。

基于物理的角度分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，主要就是因?yàn)橄到y(tǒng)中功率平衡等問(wèn)題影響，電力系統(tǒng)是關(guān)鍵的因素，其充分維持了系統(tǒng)的平衡性。電壓不穩(wěn)定一般就是負(fù)荷母線節(jié)點(diǎn)功率出現(xiàn)了失衡等問(wèn)題。在節(jié)點(diǎn)的無(wú)功功率以及負(fù)荷消耗之間的無(wú)功功率可以實(shí)現(xiàn)平衡的狀態(tài)，且其平衡點(diǎn)具有抑制擾動(dòng)的作用，可以充分滿(mǎn)足母線電壓能的狀態(tài)中，則可以保障電壓的穩(wěn)定性;反之則導(dǎo)致系統(tǒng)電壓下降，進(jìn)而造成電壓崩潰的問(wèn)題。

在系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)問(wèn)題的時(shí)候，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)功率出現(xiàn)了不平衡的問(wèn)題，其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)的功率出現(xiàn)不平衡問(wèn)題都會(huì)造成節(jié)點(diǎn)電壓出現(xiàn)變化，造成相位以及幅值的變化。而在節(jié)點(diǎn)電壓以及其相位的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)中，則可以提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

無(wú)論是狀態(tài)元件還是網(wǎng)絡(luò)的擾動(dòng)問(wèn)題，都屬于動(dòng)態(tài)元件的物力平衡。交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)車(chē)網(wǎng)電壓不穩(wěn)會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全性，造成嚴(yán)重的人身傷亡以及經(jīng)濟(jì)損失性問(wèn)題。

2 車(chē)網(wǎng)電壓不穩(wěn)定原因研究方式概述

在電力機(jī)車(chē)運(yùn)行中，其主要應(yīng)用的單相四象限變流器型號(hào)為AC-DC，具有功率因數(shù)高以及交流電流諧波低的優(yōu)勢(shì)，但是在實(shí)踐中還是存在車(chē)網(wǎng)耦合參數(shù)等問(wèn)題，這些問(wèn)題是導(dǎo)致系電壓不穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。如果多臺(tái)車(chē)在一個(gè)地點(diǎn)上共同運(yùn)行的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致電壓、傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)低頻震蕩，繼而導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定等問(wèn)題。

通過(guò)分析多臺(tái)列車(chē)低頻振蕩問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際狀況分析存在的不穩(wěn)定的因素。對(duì)列車(chē)臺(tái)數(shù)變化對(duì)于牽引網(wǎng)系統(tǒng)造成的影響，分析等效阻抗的變化，則可以了解到車(chē)網(wǎng)阻抗是因?yàn)槠洳黄ヅ涠鴮?dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，進(jìn)而導(dǎo)致其出現(xiàn)不穩(wěn)定等問(wèn)題。

建立四象限變流器，了解函數(shù)特征變化以及主要的關(guān)系，基于特征值特性進(jìn)行分析，綜合控制參數(shù)出現(xiàn)的低頻振蕩問(wèn)題，進(jìn)而達(dá)到分析不穩(wěn)定因素的目的。

基于穩(wěn)態(tài)功率守恒分析車(chē)網(wǎng)不穩(wěn)定的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)其余電壓環(huán)比例之間具有密切的關(guān)系。但是因?yàn)樗南笙拮兞髌鞑](méi)有對(duì)車(chē)網(wǎng)電壓振蕩的頻率進(jìn)行定量分析。

基于四象限變流器進(jìn)行建模，分析狀態(tài)空間平均模型，綜合波形特征，對(duì)模型的平均值分離變化、半數(shù)周期平均的方式進(jìn)行處理，再對(duì)其進(jìn)行線性分析，獲得模型數(shù)據(jù)?；跁r(shí)變特性，輸入交流穩(wěn)態(tài)值等各項(xiàng)參數(shù)，利用正、余弦的方式進(jìn)行分解，可以有效避免時(shí)變特性。

通過(guò)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(dá)到避免處理復(fù)雜化，降低模型誤差的問(wèn)題。利用多逆變器并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)建模處理，通過(guò)對(duì)電壓源、電流源等相關(guān)變流器信息，進(jìn)行模型處理，通過(guò)阻抗比數(shù)據(jù)以及其數(shù)據(jù)仿真的方式則可以分析系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。

3 交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)車(chē)網(wǎng)電壓不穩(wěn)定機(jī)理以及研究

交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)的車(chē)網(wǎng)電壓在機(jī)車(chē)運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定，為了避免出現(xiàn)安全隱患問(wèn)題;為了有效降低各種問(wèn)題產(chǎn)生的不良影響，要對(duì)車(chē)網(wǎng)電壓的線性化處理進(jìn)行分析，了解直流電壓對(duì)于系統(tǒng)閉環(huán)控制的各種函數(shù)，基于小增益原理分析直流電壓的閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性以及其相關(guān)有力因素，通過(guò)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(tǒng)低頻振蕩機(jī)理

多車(chē)系統(tǒng)的阻尼比是關(guān)鍵的因素。通過(guò)三角函數(shù)法進(jìn)行分析，綜合牽引變流器分析電路參數(shù)，此系統(tǒng)容易誘發(fā)事故隱患問(wèn)題。

3.2 車(chē)網(wǎng)系統(tǒng)電路模型分析

3.2.1 車(chē)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

為了達(dá)到提升多車(chē)運(yùn)行穩(wěn)定性的目的。在實(shí)踐中通過(guò)假設(shè)相同電臂之下一點(diǎn)的n臺(tái)列車(chē)，車(chē)電流呈現(xiàn)同步發(fā)展的狀態(tài)。進(jìn)行網(wǎng)側(cè)線路阻抗壓降處理，其速度為單車(chē)運(yùn)行速度n倍，線路等效線阻抗也變?yōu)樵袛?shù)值的n倍。

3.2.2 增益原理

基于赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)進(jìn)行分析，為了提升質(zhì)量輸出電壓的穩(wěn)定性，通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整的方式進(jìn)行處理，保障其可以有效滿(mǎn)足需求，對(duì)其進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的判斷分析，在實(shí)踐中要基于小增益原理進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

基于小增益原理假設(shè)，如果公式成立，則反饋系統(tǒng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，可以確定其在滿(mǎn)足了赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)參數(shù)，閉環(huán)系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性的條件參數(shù)為：

因此，分析電力機(jī)車(chē)數(shù)量、調(diào)節(jié)器參數(shù)，在參數(shù)出現(xiàn)變化時(shí)，要進(jìn)行調(diào)整，保障系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，增強(qiáng)系統(tǒng)的完整性。網(wǎng)側(cè)抗組數(shù)值越大，則其一同運(yùn)行的機(jī)車(chē)數(shù)量逐漸變小?？梢宰C明相同供電臂大量功率高電力機(jī)車(chē)的聚集是導(dǎo)致車(chē)網(wǎng)振蕩，系統(tǒng)不穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。

在進(jìn)行k=0.9，n=7的時(shí)候，調(diào)整k參數(shù)，保障其在穩(wěn)定安全狀態(tài)中。通過(guò)理論研究，其較為可靠?？刂葡到y(tǒng)參數(shù)符合赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，在達(dá)到判斷要求的時(shí)候，通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)的調(diào)整，則可以達(dá)到提升參數(shù)穩(wěn)定性以及安全性的目的。網(wǎng)速阻抗參數(shù)數(shù)值越大，同時(shí)啟動(dòng)以及運(yùn)作的電力機(jī)車(chē)數(shù)量就越小。如果網(wǎng)側(cè)阻抗的參數(shù)越小，無(wú)法滿(mǎn)足赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)的要求，無(wú)論如何進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整，都無(wú)法保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

對(duì)此，在相同地點(diǎn)中要避免進(jìn)行大量密集高功率的電力機(jī)車(chē)的設(shè)置，避免其導(dǎo)致出現(xiàn)振蕩等問(wèn)題。

3.3 不穩(wěn)定因素研究結(jié)論

在系統(tǒng)滿(mǎn)足赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)以及小增益原理進(jìn)行分析，在數(shù)量出現(xiàn)變化時(shí)，通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，則可以實(shí)現(xiàn)車(chē)網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。通過(guò)調(diào)整后無(wú)法滿(mǎn)足要求，則要停止執(zhí)行此方案。在電路以及機(jī)車(chē)中，通過(guò)源濾波器進(jìn)行處理則可以有效地緩解車(chē)網(wǎng)電壓振蕩的問(wèn)題，避免不穩(wěn)定的問(wèn)題出現(xiàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文在各種研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行模型構(gòu)建，通過(guò)系統(tǒng)分析，進(jìn)行阻尼比等各項(xiàng)因素信息，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的低頻振蕩問(wèn)題進(jìn)行分析，了解具體的因素，則可以達(dá)到提升多車(chē)系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。

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