交流传动电力机车车网电压不稳定影响因素及处理技术分析

李永忠

摘 要：交流传动电力机车的车网电压在机车整个运行的过程当中经常会出现因为各种原因而导致的车网电压不稳定的现象发生；所以我们为了能够真正地避免和解决这一系列的问题以及问题形成的因素，首先就需要对车网电压的线性化处理过程进行分析，只有推导出直流电压对系统闭环控制的有关函数，才能根据小增益原理導出直流电压环节闭环系统稳定的有利条件，并利用软件仿真实验来进一步地分析推理出可靠的理论依据，最后进行解决方案的研究和实施。

关键词：交流传动电力机车；小增益原理；传递函数

1 车网电压不稳定的原因分析

2007年底，太原铁路部门引进了多辆电力机车进行运营，由于运营的电力机车牵引变流器与接触传动车网电压不稳定，导致了变流器中间的回路发生了故障，使得机车最后被迫停止了运行；同样的情况还发生在瑞士，由于车网振荡现象的发生，导致了电力机车的大范围停止运行，这一系列的状况都使得研究人员不得不进行高度重视，我们国家也安排了专门人员投入到车网电压不稳定的影响因素分析和处理的相关研究中。

1.1 理论分析

交流传动电力机车一般都由牵引变压器、网侧PWM四象限变流器、中间直流环节、逆变器以及牵引电机组成其自身的重要牵引系统；包含牵引供电机制的交流传动电力机车等效电路结构如图1所示：

图1 交流传动电力机车等效电路

在图1中，Vlinc表示的是整个系统的变电器多牵引供电变压器输出电压折算到电力机车变压器副边上的电压，它也是电力机车交流传动等效电路系统最为合理的电压，Zs表示的是牵引供电变压器的阻抗与电动机车电流输入端口接触网线路阻抗的集合，我们可以将这两种阻抗一起折算到机车变压器的副边阻抗当中；而Zt则是代表着电动机车的变压器的整体阻抗。iac是PWM四象限变流器的输入电流；idc则表示为PWM四象限变流器的输出电流；Vdc是表示直流环节的具体电压，而旁边的L2和C2则在一起组成了二次滤波环节，Cd所表示的是直流侧支撑电容，iload表示的是电机逆变器的直流侧面的等效电流值。由此我们可以得知，在同一条供电臂上的同一处位置，一旦有多台机车一同进行启动运行，就会使网侧阻抗的电压达到一辆电力机车的N倍，忽略四象限变流器所产生的损耗不计，四象限变流器的输出和输入功率在多台电动机车同时启动运行的过程中，只有在系统整体各项系数为正数的时候，才有可能保证交流传动电力机车的车网电压和运作系统维持稳定性。

1.2 增益原理

基于赫尔维茨稳定判据的前提下，我们为了使直流输出电压达到相对稳定，可以适当的对控制系统进行调整，使之满足赫尔维茨稳定判据，具体情况可以根据小增益原理进行设计。

图2所示的就是一个典型的不确定的控制系统，我们依据小增益原理可以进行假设，如果标称系统H（s）和扰动系统△（s）都是相对比较稳定的，那么只需要

这一公式成立，这个反馈系统就能在一定程度上达到稳定的标准了。我们依照小增益定论可以有效的推导出一个结论，那就是在小增益定理依据满足赫尔维茨稳定判据的情况下，直流电压环节的闭环系统鲁棒稳定的充分条件应该为

由此我们可以得到结论那就是，只有电力机车的数量n与Pl调节器的参数k是相对比较好调节的，因此当n产生变化的时候，我们只需要对k进行必要的调整，就可以有效的保证系统整体运行的完整性和稳定性。而n与网侧阻抗Ls也有着必然的联系，Ls的数据值越大，可以一同进行运作的电力机车数量也就是n的数值就会越小。所以，在阻抗参数值较高的牵引供电系统中，同一个供电臂下聚集大量的高功率电力机车就是导致车网振荡的主要诱发因素。

我们从以上的研究当中可以得知，当k=0.9且n=7的时候，我们只需要对k的参数进行适当的调整，就可以使其重新回归相对稳定安全的状态中去。因此我们也就能够推理出，上述的理论分析和研究是具有可靠性的，当控制系统的参数能够达到赫尔维茨稳定判据的标准时，k的参数调整能够使系统维持稳定和安全。n的参数与网侧的阻抗R是相互对应的，R的参数越大，能够同时进行启动和运作的电力机车数量也就相对越少，而网侧阻抗参数R越小，赫尔维茨稳定判据无法被满足，这个时候，无论对k进行怎么样的调整，系统的运行都无法得到稳定，因此，在同一地点绝对不能够安设大量密集的高功率电力机车，不然就会成为引发车网振荡的外部直接因素。

2 关于交流传动电力机车车网电压不稳定因素的研究结论

根据以上的论述和分析我们可以得出结论，当系统充分满足赫尔维茨稳定判据和小增益原理的时候，尽管n在进行变化，只要通过调整k的数据值就可以保证整个系统维持完整的稳定性，如果赫尔维茨稳定判据不能得到满足，那么我们就只能调整系统原本参数这一种办法来维持稳定了，但这种操作方法的难度系数非常大，很难轻易地完成。

3 结束语

交流电力机车在相同的一条供电臂的供电环境下，电力机车的数量与网侧的阻抗往往能够直接影响到机车整体运行的稳定性和流畅性。网侧阻抗数值越大，可以同时进行启动和运作的电力机车数量也就相对越少，总的来说，在大多数情况下，我们只需要变动Pl调节器的数据参数k就能够让电力机车的车网重新稳定下来，而一旦电力机车的数量在调整之后无法达到赫尔维茨稳定判据的时候，就应该及时的停止这一方案的施行。对于电路和机车，我们可以为其装上带有源滤波器的一系列特殊装置来在一定程度上减少车网电压的振荡，抑制其不稳定的因素发生。

参考文献

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