刘志扬
济南机务段 山东济南 266000
摘要：在社会经济发展中，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网压不稳定问题，了解其关键因素，提升交流传动电力机车网压的稳定性，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。
关键词：网压不稳定；交流传动电力机车；原因分析
引言
交流传动电力机车的网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网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，首先就需要对网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导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。
1交流传动电力机车网压案例分析
目前在国内，现代交流传动电力机车以其功率因数高、功率大、牵引力大、可靠性高、维修简便等优势正在逐渐取代交－直电力机车而得到广泛应用。但是随着交流传动电力机车使用范围的扩大，也出现了一些问题。例如，2007年12月，太原铁路局湖东机务段多台HXD1型电力机车投入运营，6台机车同时运行是临界点，6台投入运行时出现振荡并持续一段时间后收敛，当7台机车同时运行时，机车牵引变流器与接触网发生电压振荡并逐渐加大，致使机车牵引变流器中间回路电压过压保护，封锁变流器触发脉冲而使机车无法正常运行。而此前在国外也出现了类似的情况。1995年，瑞士苏黎世发生了车网振荡的现象，导致大面积地区的机车停运，后来调整了控制系统的软件才使车网恢复了稳定。这些现象引起了研究人员的高度重视，开始致力于原因分析并解决问题。
2交流传动电力机车网压不稳定的原因
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。交流传动电力机车网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。
3网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网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。
4交流传动电力机车网压不稳定机理以及研究
交流传动电力机车的网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，要对网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。
4.1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。
4.2车网系统电路模型分析
4.2.1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。
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图1牵引供电系统
4.2.2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。
4.3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网压振荡的问题，避免不稳定的问题出现。
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
[1]向川.基于模型预测控制的车网电气量低频振荡抑制策略研究[D].西南交通大学，2017.
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