基于半实物仿真平台的列车过分相工况研究与分析

引 言

列车在长距离的行驶过程中，需经过两个变电所接触网供电交界处的无电区，称为过分相工况。列车进入无电区或者恢复供电时，电网网压会出现较大突变，本文通过半实物仿真模型的优化，接入真实的实车运行控制单元进行系统联调， 从而模拟列车在过分相工况下对后级器件的影响[1,2]。

1 半实物仿真模型的实现

牵引系统半实物仿真模型用于模拟真实变流器的电气特性，包括弓网模型、主回路模型和电机负载模型[3]。图 1 所示是实际列车过分相的数据波形图。

弓网模型为加入了干扰噪声的电源模型，实时解算变压器原边的电压、电流，考虑过分相工况需经过对弓网模型进行完善和优化，即在某一时刻导入真实过分相波形数据，如图 1 所示，从进入无电区 2s时刻开始到恢复供电后 2s的这段波形数据导出成CSV格式，并通过Matlab导入生成.mat文件， 具体如图 2所示。通过fromworkspace将实际过分相工况波形嵌入弓网模型中的具体做法如图 3所示。

2 系统联调及其结果

基于以上嵌入过分相工况数据的半实物仿真模型，运行模型代码，硬件环境将仿真模型输出的可处理的数字信号转换成 TCU的物理输入输出量进行数据交互。在调试过程中， 监测四象限输入电流、母线电压和逆变输出电流的变化情况。

在某动车牵引工况下，车速在 152km／ h时，嵌入三次过分相工况下监测到的波形结果如图 4所示。图 4所示依次为电网电压、母线电压、四象限输入电压、四象限输入电流、逆变 1输出电压、逆变 1输出电流、逆变 2 输出电压、逆变 2输出电流。三次过分相的四象限输入电流瞬时值分别为947 A、920 A、－ 1 120 A，逆变输出电流瞬时值分别为 247 A、253.3 A、297.7 A。

3 结 语

根据上述牵引工况三次过分相半实物仿真数据对比，当列车在牵引工况过分相时会导致直流母线电压过压、四象限输入电流过流、逆变输出瞬时过压等问题发生，可能会对功率模块造成影响。