交流传动电力机车车网电压不稳定的原因分析

朱攀峰

摘  要：通过在系统中输入瞬态功率守恒，建立车网耦合信号模型，对系统的等各个方面的因素，对低频震荡出现的问题以及影响因素系统分析，根据具体的参数信息，达到提升优化多车系统电压不稳定的目的。

关键词：交流传动电力机车;车网电压不稳定;原因分析

中图分类号：U264       文献标志码：A              文章编号：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

在社會经济发展中，我国交通行业在不断的发展，为了满足人员对于交通出行的要求，交流传动电力机车在不断成熟。分析交流传动电力机车车网电压不稳定问题，了解其关键因素，提升交流传动电力机车车网电压的稳定性，可以达到提升交通运行安全性，增强舒适性的目的。对于我国社会经济发展来说具有积极的作用。

1 交流传动电力机车车网电压不稳定的原因

交流传动电力机车是接触网单相交流电压通过牵引变压器降压以及整流器整流之间转换为直流，在通过直流中间环节以及逆变器的变换成频率、电压可调进行一个三相交流处理，达到向交流电动机供电机车的作用。整流器一般可以通过功率因数接近于1的四象限脉冲整流器进行处理，逆变器主要是通过电压型的逆变器进行处理。通过研究可以发现电压不稳定主要是在各种因素的共同作用之下导致的，其主要的因素具体如下：

第一，在环保、经济等角度进行处理，导致输电设备的强度与极限值接近。第二，并联电容无功补偿出现了大量增加，导致在电压呈现下降问题，电网提供的无功功率呈现通过电压平方的方式进行下降。第三，线路以及设备在进行投切处理中，诱发了电压失稳等问题。

基于物理的角度分析电力系统稳定性，主要就是因为系统中功率平衡等问题影响，电力系统是关键的因素，其充分维持了系统的平衡性。电压不稳定一般就是负荷母线节点功率出现了失衡等问题。在节点的无功功率以及负荷消耗之间的无功功率可以实现平衡的状态，且其平衡点具有抑制扰动的作用，可以充分满足母线电压能的状态中，则可以保障电压的稳定性;反之则导致系统电压下降，进而造成电压崩溃的问题。

在系统出现扰动问题的时候，导致节点功率出现了不平衡的问题，其中一个节点的功率出现不平衡问题都会造成节点电压出现变化，造成相位以及幅值的变化。而在节点电压以及其相位的运动呈现稳定状态中，则可以提升系统的稳定性。

无论是状态元件还是网络的扰动问题，都属于动态元件的物力平衡。交流传动电力机车车网电压不稳会严重影响系统的安全性，造成严重的人身伤亡以及经济损失性问题。

2 车网电压不稳定原因研究方式概述

在电力机车运行中，其主要应用的单相四象限变流器型号为AC-DC，具有功率因数高以及交流电流谐波低的优势，但是在实践中还是存在车网耦合参数等问题，这些问题是导致系电压不稳定的关键因素。如果多台车在一个地点上共同运行的时候，就会导致电压、传动系统出现低频震荡，继而导致电压不稳定等问题。

通过分析多台列车低频振荡问题，根据实际状况分析存在的不稳定的因素。对列车台数变化对于牵引网系统造成的影响，分析等效阻抗的变化，则可以了解到车网阻抗是因为其不匹配而导致系统出现振荡，进而导致其出现不稳定等问题。

建立四象限变流器，了解函数特征变化以及主要的关系，基于特征值特性进行分析，综合控制参数出现的低频振荡问题，进而达到分析不稳定因素的目的。

基于稳态功率守恒分析车网不稳定的问题，发现其余电压环比例之间具有密切的关系。但是因为四象限变流器并没有对车网电压振荡的频率进行定量分析。

基于四象限变流器进行建模，分析状态空间平均模型，综合波形特征，对模型的平均值分离变化、半数周期平均的方式进行处理，再对其进行线性分析，获得模型数据。基于时变特性，输入交流稳态值等各项参数，利用正、余弦的方式进行分解，可以有效避免时变特性。

通过电压平方的方式分析四象限变流器中，大范围的线性化的模型，则可以达到避免处理复杂化，降低模型误差的问题。利用多逆变器并网实现建模处理，通过对电压源、电流源等相关变流器信息，进行模型处理，通过阻抗比数据以及其数据仿真的方式则可以分析系统的整体稳定性。

3 交流传动电力机车车网电压不稳定机理以及研究

交流传动电力机车的车网电压在机车运行中会出现不稳定，为了避免出现安全隐患问题;为了有效降低各种问题产生的不良影响，要对车网电压的线性化处理进行分析，了解直流电压对于系统闭环控制的各种函数，基于小增益原理分析直流电压的闭环系统稳定性以及其相关有力因素，通过软件仿真的方式分析理论参考，探究解决方案以及具体的解决措施。

3.1 系统低频振荡机理

多车系统的阻尼比是关键的因素。通过三角函数法进行分析，综合牵引变流器分析电路参数，此系统容易诱发事故隐患问题。

3.2 车网系统电路模型分析

3.2.1 车网系统数学模型

为了达到提升多车运行稳定性的目的。在实践中通过假设相同电臂之下一点的n台列车，车电流呈现同步发展的状态。进行网侧线路阻抗压降处理，其速度为单车运行速度n倍，线路等效线阻抗也变为原有数值的n倍。

3.2.2 增益原理

基于赫尔维茨稳定判据进行分析，为了提升质量输出电压的稳定性，通过对控制系统进行调整的方式进行处理，保障其可以有效满足需求，对其进行竞争的判断分析，在实践中要基于小增益原理进行设计分析。

基于小增益原理假设，如果公式成立，则反馈系统符合标准要求，可以确定其在满足了赫尔维茨稳定判据参数，闭环系统鲁棒稳定性的条件参数为：

因此，分析电力机车数量、调节器参数，在参数出现变化时，要进行调整，保障系统运行稳定性，增强系统的完整性。网侧抗组数值越大，则其一同运行的机车数量逐渐变小。可以证明相同供电臂大量功率高电力机车的聚集是导致车网振荡，系统不稳定的关键因素。

在进行k=0.9，n=7的时候，调整k参数，保障其在稳定安全状态中。通过理论研究，其较为可靠。控制系统参数符合赫尔维茨稳定判据标准，在达到判断要求的时候，通过对调节器参数的调整，则可以达到提升参数稳定性以及安全性的目的。网速阻抗参数数值越大，同时启动以及运作的电力机车数量就越小。如果网側阻抗的参数越小，无法满足赫尔维茨稳定判据的要求，无论如何进行参数的调整，都无法保障系统的稳定性。

对此，在相同地点中要避免进行大量密集高功率的电力机车的设置，避免其导致出现振荡等问题。

3.3 不稳定因素研究结论

在系统满足赫尔维茨稳定判据以及小增益原理进行分析，在数量出现变化时，通过对调节器的参数进行调整，则可以实现车网运行的稳定性。通过调整后无法满足要求，则要停止执行此方案。在电路以及机车中，通过源滤波器进行处理则可以有效地缓解车网电压振荡的问题，避免不稳定的问题出现。

4 结束语

本文在各种研究的基础上，进行模型构建，通过系统分析，进行阻尼比等各项因素信息，通过对系统的低频振荡问题进行分析，了解具体的因素，则可以达到提升多车系统稳定性的目的。

参考文献：

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