- 頭條海工大科研人員提出地鐵永磁同步牽引系統穿越斷電區的控制策略2022-03-03 作者：張偉偉、肖飛 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語永磁同步牽引傳動系統是軌道交通車輛穩定運行的重要組成部分，由于車輛經過斷電區時，供電系統會出現短暫失電而引起母線電壓突變，對牽引系統造成電流沖擊以及LC振蕩，甚至觸發系統發生重大故障，影響系統運行。 為使車輛能夠平穩穿越斷電區，海軍工程大學艦船綜合電力技術國防科技重點實驗室的研究人員張偉偉、肖飛 等，在2021年第16期《電工技術學報》上撰文，通過建立軌道車輛永磁同步牽引系統穿越斷電區的等效電路，推導出系統進入斷電區前后的數學模型，并在此基礎上提出一種通過整流發電穩定母線電壓穿越斷電區的控制策略，避免關閉牽引系統和斷開主接觸器，同時降低駛離斷電區時母線電壓突變，從而減小牽引系統的沖擊及振蕩。仿真和試驗結果驗證了所提控制策略的有效性和可行性。
軌道交通車輛永磁同步牽引傳動系統由接觸軌受電模塊、直流充電濾波模塊、牽引變流器、永磁同步牽引電機等組成，集電靴從接觸軌取電后經濾波器和牽引變流器驅動永磁同步電機（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM），為車輛的運行提供動力。
鑒于目前供電系統的設計，車輛運行線路中，接觸軌供電存在失電區域，即供電電壓突然中斷，一段時間后又恢復供電的區間，通常稱之為斷電區。牽引系統在實際運行過程中，供電電壓直接影響母線電壓，而母線電壓突變容易引起電流沖擊以及低頻振蕩，甚至可能觸發系統重故障，造成停機。為確保牽引系統順利穿越斷電區，國內外學者展開很多研究，提出相關的解決措施，并且取得一定效果。
- 有學者以上海浦東國際機場旅客捷運系統為例，對受電車輛在穿越斷電區時產生過電流的原因進行分析，并結合線路實際工況提出了車輛穿越斷電區的解決方法，但是未能從理論上解決斷電區電壓突變對車輛牽引系統的沖擊問題，所提方法不具有普適性。
- 有學者以高速牽引列車為研究對象，建立了考慮濾波電感在內的牽引供電系統模型，分析了濾波電感對于降低電流沖擊的作用，然而并沒能提出解決斷電區穿越引起巨大沖擊和LC振蕩的有效方法。
- 有學者以電動車輛永磁同步牽引系統為例，對母線電壓波動造成的影響進行分析，并從控制算法上提出了優化措施，雖然能夠降低母線電壓波動對系統的沖擊，但是車輛進入斷電區時仍然需要關閉牽引系統，待通過斷電區后再重啟系統，對操作人員的依賴程度較高。
- 有學者對電力機車中直流母線電壓與電力電子變壓器進行建模，通過仿真分析了大信號擾動對直流母線電壓的影響，提出了電壓前饋補償策略調節母線電壓，并為母線電壓控制器的設計提供了準則，不足之處在于只進行了仿真分析，沒有通過試驗進行具體驗證。
為更好地解決軌道交通車輛永磁同步牽引系統斷電區穿越問題，海軍工程大學的科研人員分析了斷電區的產生原因及具體工況，給出了車輛進入與退出斷電區的判斷條件，并設計了基于穩壓穿越的斷電區控制策略，通過調節牽引系統工作在整流發電或正常牽引模式，維持支撐電容電壓和母線電壓穩定在額定值，從而避免經過斷電區時關閉牽引系統斷開主接觸器，并且在牽引系統重新接入供電時降低母線電壓突變引起的沖擊和振蕩。
圖1 地鐵永磁同步牽引系統結構框圖
圖2 永磁同步牽引系統斷電區穿越框圖
圖3 地鐵永磁同步牽引系統試驗平臺
他們以北京地鐵某線路為例進行了仿真分析和試驗驗證，結果表明，所設計的基于穩壓穿越斷電區的控制策略能夠支持地鐵車輛在不關閉牽引系統保持接觸器合閘的條件下平穩穿越斷電區，提高了牽引系統的控制性能，降低了故障發生率。同時，在檢測到供電電壓丟失時，也能準確報出欠電壓故障，增加了地鐵永磁同步牽引系統的特色優勢。
本文編自2021年第16期《電工技術學報》，論文標題為“軌道交通車輛永磁同步牽引系統斷電區穿越控制策略”，作者為張偉偉、肖飛 等。
