基于半實物仿真平臺的列車過分相工況研究與分析

引 言

列車在長距離的行駛過程中，需經過兩個變電所接觸網(wǎng)供電交界處的無電區(qū)，稱為過分相工況。列車進入無電區(qū)或者恢復供電時，電網(wǎng)網(wǎng)壓會出現(xiàn)較大突變，本文通過半實物仿真模型的優(yōu)化，接入真實的實車運行控制單元進行系統(tǒng)聯(lián)調， 從而模擬列車在過分相工況下對后級器件的影響[1,2]。

1 半實物仿真模型的實現(xiàn)

牽引系統(tǒng)半實物仿真模型用于模擬真實變流器的電氣特性，包括弓網(wǎng)模型、主回路模型和電機負載模型[3]。圖 1 所示是實際列車過分相的數(shù)據(jù)波形圖。

弓網(wǎng)模型為加入了干擾噪聲的電源模型，實時解算變壓器原邊的電壓、電流，考慮過分相工況需經過對弓網(wǎng)模型進行完善和優(yōu)化，即在某一時刻導入真實過分相波形數(shù)據(jù)，如圖 1 所示，從進入無電區(qū) 2s時刻開始到恢復供電后 2s的這段波形數(shù)據(jù)導出成CSV格式，并通過Matlab導入生成.mat文件， 具體如圖 2所示。通過fromworkspace將實際過分相工況波形嵌入弓網(wǎng)模型中的具體做法如圖 3所示。

2 系統(tǒng)聯(lián)調及其結果

基于以上嵌入過分相工況數(shù)據(jù)的半實物仿真模型，運行模型代碼，硬件環(huán)境將仿真模型輸出的可處理的數(shù)字信號轉換成 TCU的物理輸入輸出量進行數(shù)據(jù)交互。在調試過程中， 監(jiān)測四象限輸入電流、母線電壓和逆變輸出電流的變化情況。

在某動車牽引工況下，車速在 152km／ h時，嵌入三次過分相工況下監(jiān)測到的波形結果如圖 4所示。圖 4所示依次為電網(wǎng)電壓、母線電壓、四象限輸入電壓、四象限輸入電流、逆變 1輸出電壓、逆變 1輸出電流、逆變 2 輸出電壓、逆變 2輸出電流。三次過分相的四象限輸入電流瞬時值分別為947 A、920 A、－ 1 120 A，逆變輸出電流瞬時值分別為 247 A、253.3 A、297.7 A。

3 結 語

根據(jù)上述牽引工況三次過分相半實物仿真數(shù)據(jù)對比，當列車在牽引工況過分相時會導致直流母線電壓過壓、四象限輸入電流過流、逆變輸出瞬時過壓等問題發(fā)生，可能會對功率模塊造成影響。