基于LabVIEW的列车牵引控制器数据监视软件设计

针对目前列车牵引控制器数据分析可视化程度低、功能不完善的问题,开发了一种基于Labview的列车牵引控制器网络数据监视分析软件.通过模块化设计,实现了命令下发、程序下载、实时监控、动态故障与状态显示、静态故障分析、高速数据流文件存储和绘制实时趋势图等功能.通过CSV配置文件,实现对多种不同传输协议的列车牵引控制器网络数据的监控和分析.通过使用TCP/IP多线程技术以及同步技术,极大提高程序的运行效率和界面的友好性.测试实验表明,系统各项功能运行良好,通用性强,人机界面直观友好,有较好的容错机制和强大的数据可视化分析能力.     

高速列车变流系统热设计与温升仿真研究

变流系统是决定高速动车组动力配置的重要组成部分之一,其散热能力在很大程度上影响着变流系统的容量。论文简要介绍了高速列车牵引传动系统结构及其冷却方式,运用二次线性化的方法对牵引变流器中的主逆变器功率器件损耗进行建模,并推导出了具体的计算流程。另外,利用热仿真软件FloTHERM对功率模块特定工作状态下的热分布情况进行仿真,并与计算结果及列车运行实测数据比对,证明了建模及仿真分析的可靠性,为变流器的损耗计算及散热设计提供了方法和依据。     

高速列车车顶绝缘子的研究进展

高速列车车顶绝缘子是车顶高压设备的机械支撑部件,同时实现接触网与车顶的高压电气隔离,车顶绝缘子闪络将会导致列车供电中断甚至停运。由于中国高铁运行环境的特殊性和严酷性,在高铁运营初期由车顶绝缘子闪络而引起的事故频发,严重影响了高铁的安全运行。随着对相关科学问题研究的持续深入,车顶绝缘子闪络而导致的事故大大减少,但是还未从根本上解决此类问题。综述了高速列车车顶绝缘子在材料与结构、高速气流和污秽条件下的积污闪络特性、强风沙条件下的闪络特性、绝缘状态在线监测、老化试验方法及老化试验平台等方面的研究进展,并对今后的研究工作重点提出了展望。     

牵引变压器套管电场分布计算与绝缘破坏分析

高速列车牵引变压器套管易出现绝缘击穿事故,严重影响列车的供电安全。探索牵引变压器套管的电场分布有利于找出绝缘的薄弱点。笔者结合牵引变压器套管的设计方案与安装环境,采用有限元方法计算了其电场分布,分析了电场分布规律以及制造和运行过程中各类缺陷对电场分布产生的影响。在仿真的基础上,分析了造成绝缘破坏的可能原因,并提出了优化屏蔽网和电容测试端子的绝缘结构,提高工艺水平,采用半导电材料制作屏蔽网等改进措施。     

基于RBF网络的车载超级电容滑模控制系统

针对地铁在频繁的加速和制动过程中导致电能浪费、牵引网电压的剧烈波动和电网运行不稳定等问题,提出一种基于RBF网络的车载超级电容滑模控制系统。超级电容储能装置通过与双向DC/DC变换器连接,给列车提供牵引或者吸收列车产生的再生制动能量。在Boost模式和Buck模式下,分别设计RBF神经滑模控制器。仿真结果表明,与传统的PI控制相比,神经滑模控制下的车载超级电容储能装置提高了再生制动能量吸收效果,抑制了牵引网电压波动。     

川藏铁路环境车顶绝缘子闪络特性研究综述

高速列车车顶绝缘子是保证列车安全运行的重要部件，起着机械支撑和电气绝缘的作用，任一绝缘子发生闪络都会导致高速列车供电中断甚至停运。川藏铁路沿线环境复杂恶劣，隧道群占比大，使得高速列车车顶绝缘子面临着高原低压、高温高湿等多种极端环境和气候特征，其绝缘子的设计和配置不同于电网绝缘子。因此，针对川藏列车运行下的特殊环境，文章综述了近年来国内外学者在不同条件下对绝缘子闪络特性影响研究的现状，包括高海拔低气压、高速气流、温度湿度以及温差环境，并根据列车实际运行工况，对绝缘子闪络特性研究中存在的问题进行分析；同时基于川藏铁路复杂环境对列车绝缘子闪络特性的研究方向进行展望，认为应重点研究高海拔下车顶绝缘子闪络电压的校正及实际车顶绝缘子的闪络特性等，为川藏铁路车顶绝缘子的设计和选择提供理论和技术参考。     

高压真空接触器在高速磁浮交通中的应用

高速磁浮交通作为一种新型的交通运输方式，具有安全、高速、舒适和环保的特点。其牵引系统是磁浮系统的一个重要的子系统，牵引系统为列车提供运行中所需要的牵引力和制动力，而高压真空接触器又是牵引系统中重要的设备。文章基于上海磁浮线，对高速磁浮交通的牵引系统总体配置情况进行了介绍，描述了重要设备之一的高压真空接触器在牵引系统中的功能、设备的主要数据和使用情况。     

高速铁路电磁影响下平行电缆接地方式的选择∗

随着电气化铁路的高速发展,铁路网密度不断加大,高速列车行驶由于牵引电流大会对并行的电力电缆安全运行造成电磁影响.研究了高速铁路对平行电缆的容性、感性和阻性耦合机理,推导了AT牵引供电系统短回路附近大地电位的理论公式.建立复线AT牵引供电系统和电缆的仿真模型并与数学模型对比验证,仿真了在不同并行长度、接近距离和接地方式条件下的电缆金属护层的感应电压、感应电流大小,得出不同并行长度下保证电缆和人员安全的接近距离,对比了不同接地方式的优劣,并提出了工程防护建议措施.     

轨道交通电气化专辑主编评述

轨道交通列车牵引系统控制性能与供电质量提升是电气化铁路发展永恒的主题,轨道交通电气化是实现铁路性能提升、多拉快跑、绿色高效的必由之路,以电力电子、电机驱动、现代控制与信息技术为核心的科学技术推动了轨道交通电气化的快速发展。近年来,随着新型电力电子器件、先进控制技术、智能检测与健康诊断理论的发展,功率器件应用及其可靠性评估、牵引变流控制与调制技术、高性能牵引电机驱动技术、新型供电与牵引传动拓扑等成为当前的研究热点,并受到了学术界及工业界的持续关注。《电源学报》特别推出轨道交通电气化专辑,以期推进轨道交通牵引变流驱动控制及其应用的难点和热点问题探讨。     

牵引网与交直交列车耦合系统谐波谐振特性仿真研究

为考察牵引网与交直交列车耦合系统谐波谐振特性,基于列车四象限变流器的工作机理,搭建牵引网与交直交列车耦合谐波谐振分析模型;分析耦合系统谐振产生的机理及谐振频率与危害度的影响因素。基于Matlab/Simulink搭建了牵引网与列车负荷联合仿真系统,仿真分析谐振对网压的影响;针对联合仿真系统,提出一种谐振频率辨识方法;基于该方法,针对列车不同功率、不同位置、不同运行工况,仿真分析耦合系统谐振频率的变化规律。仿真研究结果表明:本文建立的耦合谐波谐振分析模型能有效分析牵引网与列车耦合系统的谐波谐振机理与特性;联合仿真系统可用于深入研究谐振对耦合系统的影响,为有效降低谐振危害提供思路。     

车载牵引变流器关键部件寿命评估综述

牵引变流器被视为轨道交通列车的"心脏",为列车的运行提供强劲动力。但作为变流器实现电能变换的关键执行部件,绝缘栅双极晶体管IGBT (insulate-gate bipolar transistor)模块与电容性能受多变工况影响较大且较为脆弱,对列车安全运行带来极大挑战。现行的维护方案存在维修成本高、维修不及时的缺点,而以寿命评估为核心的更加经济安全的状态修被认为是未来修程修制的改革方向。为此,针对牵引变流器的关键部件—IGBT模块和电容的寿命评估方法进行调研和总结,根据现有寿命评估研究从数理统计出发,趋向于融合失效机理和统计建模,并朝着物理失效建模不断发展的思路,分别从基于故障数据、基于任务剖面、基于性能退化参数3个方面对寿命评估进行分类阐述,给出每种评估方法的流程,并对涉及的环节进行分析。最后,讨论了现有研究工作存在的问题,并展望了未来牵引变流器关键部件寿命评估的发展方向。     

应用于高频辅助变流器的DBSRC变换器IGBT开路故障分析及容错运行研究

随着电力电子技术的进步,以双向全桥串联谐振变换器(dual bridge series resonant DC-DC converter, DBSRC)为核心的新一代高频车载辅助变流器发展迅速,并逐步走向实用化。为了提高基于DBSRC变换器的高频辅助变流器的可靠性,首先利用模态分析法(operation mode analysis, OMA)对移相闭环控制下DBSRC发生IGBT开路故障展开研究,分析并阐明了DBSRC输入、输出侧故障后的运行机理及特性。其次,提出一种基于输出功率调整的高频车载辅助变流器容错运行策略,在不改变DBSRC拓扑及移相控制方法的条件下通过实时监测辅助变流器输入电压并动态调节辅助变流器的输出功率,将谐振电流应力及谐振电容电压应力限制在安全阈值内,实现容错运行。最后通过仿真与实验对故障特性分析的准确性与该容错运行策略的有效性进行验证。     

双向AC/DC容错变换器模型预测直接功率控制

双向交直流变换器的故障容错运行能力可有效提高其可靠性。综合考虑双向变换器直流侧电压调节及变换器容错运行控制,本文提出一种双有源桥(DAB)级联容错三相四开关变换器(FSTP)的两级式结构及其四矢量下的模型预测功率控制策略。当变换器桥臂发生故障时,前级DAB结构可提高直流电压,后级FSTP结构能够保证变换器的可持续容错连续运行。与传统无容错变换器方案相比,本文所设计的结构及控制方法能够升高直流电压且具有故障容错运行能力,保证双向交直流变换器在桥臂故障下能够持续可靠运行。通过与传统无容错变换器的仿真及实验对比,验证了本文所设计的结构及控制策略的有效性和可靠性。     

并网变换器电流重构模型预测容错控制

当传统并网变换器发生桥臂故障时,通过连接故障相到直流侧电容中点,重构为三相四开关容错运行结构。针对三相四开关容错变换器的交流电流传感器故障问题,提出了一种基于电流重构的模型预测功率控制方法。首先,利用采样的直流电流和正常交流传感器信息,并根据变换器电压矢量与电流关系重新构造出三相电流。其次,建立容错变换器功率预测模型,利用重构电流参与容错变换器的模型预测控制,应用使代价函数取得最小值的开关矢量。最后,搭建仿真和实验平台进行验证,结果表明所提控制策略有效,输出功率稳定,实现了并网变换器在桥臂和传感器双重故障下的容错运行,提高了系统的可靠性。     

开关磁阻发电系统的故障分析及仿真

对开关磁阻电机在发电运行模式下的各种典型故障进行了分析研究,利用Matlab/Simulink中的电力系统工具箱对开关磁阻发电机系统进行建模,通过对模型施加不同的故障条件,仿真了系统在负载故障、功率变换器故障、电枢绕组开路/短路等故障下的电压、电流输出波形.通过对结果的分析可以看出,开关磁阻发电系统具有较高的容错性能,当发生缺相故障时,系统仍能维持正常的电压输出.同时,这种故障的建模和仿真也为开关磁阻发电系统的故障诊断和容错研究提供了一种可行的方法.     

T型三电平并网变换器电流重构模型预测控制策略

T型三电平变换器是连接新能源和电网的关键设备,其电流传感器故障会导致控制策略失效,影响并网系统安全稳定运行。为提高T型三电平并网变换器可靠性,提出一种基于电流重构的模型预测控制策略。该策略分析相电流和电压矢量之间的关系,分别用直流电流、正常相电流和预测电流重构故障电流。重构故障电流所需的电压矢量按照重构方法分成两个电压矢量集合。连续使用预测电流重构故障相电流会导致重构电流积累误差。因此需要检测当前时刻电压矢量集合,确保下一时刻选择不同的电压矢量集合,避免重构电流积累误差。实验结果表明,在电流传感器故障后,所提策略可使T型变换器容错运行且并网电流拥有较低的电流总谐波失真率,提高了并网系统可靠性。     

特高压直流输电系统换流站故障过电压研究

±800 kV特高压直流输电系统换流站内电容性和电感性组件较多,在发生短路故障时容易引起过电压现象。研究各种操作和故障情况下过电压的特性,保证系统的安全稳定运行非常重要。利用PSCAD仿真软件建立了±800 kV云南—广东特高压直流输电工程的模型,在换流站内选取了换流阀阀顶对中性母线短路故障和换流变压器阀侧单相接地两种典型故障工况进行了研究。结果表明阀顶对中性母线故障时非故障极线路过电压水平较高,在上组四个换流变压器阀侧绕组中高压端Y/Y绕组端子处单相接地时的过电压水平最高。     

面向复合故障的牵引逆变器四桥臂容错控制

针对牵引变流器中NPC型三电平逆变器在一相或两相桥臂发生复合故障后的容错控制问题,在给出三电平逆变器四桥臂容错拓扑及其控制方式的基础上,通过分析逆变器主桥臂冗余矢量容错能力,归纳出复合故障类型,并就不同类型故障提出相冗余与矢量冗余相结合的容错控制策略,最终通过仿真建模对复合故障容错控制策略进行验证。仿真结果表明,三电平逆变器两相桥臂同时发生故障时可实现自动容错,故障后系统仍可全额或降额持续运行,验证了所提控制策略的有效性。     

一种高速列车-牵引网阻抗测量方法及其稳定性分析

高速列车运行过程中容易出现低频振荡,影响高速列车牵引传动系统稳定运行。以高速列车单相牵引整流器为研究对象,以分析车-网系统稳定性为研究目标,基于阻抗定义模型,提出了一种牵引传动系统输入导纳及网侧输出阻抗的测量方法。通过对整流器稳定性运行情况的检测,进行阈值判定,进而实时调节扰动谐波幅值的大小。并设计了该测量方法所对应的扰动注入装置,通过对程控电阻的调节实现对扰动谐波幅值的调节。在dq旋转坐标系下对车-网系统阻抗进行测量,基于测量结果进行稳定性分析,通过MATLAB/Simulink进行仿真验证,并进行硬件在环测试验证。仿真及测试结果表明车-网系统时域运行工况与稳定性分析的结果相符合,验证了所设计测量方法的有效性。     

柔直电网站内单相接地故障分析及过电压抑制

柔直电网换流站内单相接地故障的电磁暂态过程复杂且易产生过电压,严重影响系统的安全稳定运行。文中将换流站内单相接地故障分成交流故障区和直流故障区,首先采用复合序网络定量分析交流侧过电压机理及零序电压特征。然后,基于换流器控制器方程推导得到故障序分量从交流侧向直流侧传播的规律,得出零序电压是导致直流侧和其他换流站过电压的主要因素。此外,为了抑制直流侧过电压,提出一种零序过电压控制方法,并给出控制器参数的选择方案。最后,基于PSCAD搭建柔直电网仿真模型,仿真结果验证了故障机理推演的正确性及过电压抑制策略的有效性,提升了站内单相接地故障后的安全稳定运行能力。