王鹏 裴爽
中车唐山机车车辆有限公司，河北 唐山 063035
摘要：现阶段我国的城轨车辆牵引系统技术暂时还是处于起步阶段,随着电力技术的不断发展,现代化的城轨车辆系统已经成为了一个机电一体化的系统,这一系统相对于其他的系统来说,其复杂成分可见一斑,一般来说,这一系统包含了六大子系统技术,这些子系统技术的构成部件非常多而且非常复杂,与此同时,这些子系统又是独立存在的,各自都能够成为一个单独的体系,但是相互之间的关系又非常紧密,在这些关键系统技术中,牵引系统集成技术是目前其他系统技术发挥的有力支撑手段,而且这一系统却始终占据着关键的地位。基于此，本文主要对城轨车辆牵引系统集成技术进行分析探讨。
关键词：城轨车辆；牵引系统；集成技术
前言
随着城市现代化的发展，我国城轨车辆的发展速度越来越快。作为城轨车辆的核心技术之一，牵引传动系统中关键技术和零部件大多采用进口的方式，为了实现我国城轨车辆牵引系统的国产化，应进行产业技术研发，例如集成技术。
1 城轨车辆牵引技术概述
普速列车牵引供电设备包括变电设备（变电所、开闭所、分区所、自耦变压器所）、接触网和远动系统。牵引供电设备应保证不间断行车的可靠供电。牵引供电能力应与线路的运输能力相匹配，满足规定的列车重量、列车密度和运行速度的要求。牵引变流系统是铁路车辆的动力来源，也是实现城轨车辆完全自主研制的重点与难点。为了满足牵引传动系统中全速度范围转矩响应快、系统稳定性好的需求，提出面向无传感器的牵引电机高性能控制算法，包括模型预测控制、转速估算以及参数辨识。项目提出了三大理论方面的创新：
首先是在模型预测控制方面，通过采用误差限控制理论以降低开关频率，在全速度范围内将单矢量与双矢量相结合的办法降低电流谐波。在转速估算方面通过改进型全阶观测器提高全速度范围内转速估算的精度，针对带速重投问题我们采用直流励磁方法进行初始转速快速辨识。
在参数辨识方面，通过将三参数替代五参数最小二乘辨识算法以消除辨识参数之间的非线性问题，通过采用改进的欧拉方法求解微分项从而提高了辨识参数的精度。将上述控制算法应用到实际中，为列车牵引传动系统实现无速度传感器控制提供重要理论支撑；提高牵引电机动态响应性能，确保整车稳定运行；为无速度传感器带速重投提供一种工程化解决的方案。通过对牵引电机参数实时辨识，提高输出转矩的控制精度，为列车正点运行、定点停车提供理论保障。
2 城轨车辆牵引系统主要结构
牵引及电制动系统的核心装置为牵引逆变器及其控制单元，其作用是将从电网输入的电能转化后控制牵引电机的运转。列车制动时将列车的动能转化成电能反馈回电网或送到制动电阻上以热能形式消耗掉。城市轨道交通牵引主要结构包含了编组以及牵引逆变器等结构：
2.1 大编组（以8辆车编组形式为大编组列车）
列车的基本配置为8辆车编组，适用于人口集中的大都市，如广州13号线车辆，采用A型车体，为6动2拖的动力编组形式：-Tc＋Mp＋M＋Mp=M＋M＋Mp＋Tc-，其中Mp,M为动车，Tc为拖车。小编组列车可以设计成多列连挂运行，单列车采用3辆编组方式，还有菲律宾马尼拉3号线车辆，可以灵活选择
2、3或4列连挂运营。小编组列车适用于运量较小的中小城市和线路，此外大连202延伸线车辆如大连3号线车辆采用2动2拖4辆编组方式：=Tc-Mp1-Mp2-Tc=，尼日利亚拉各斯电动车辆均采用该编组方式。
6辆编组是应用最广泛的编组形式，如4动2拖6辆编组方式：Tc-Mp-M-M-Mp-Tc编组形式各有优缺点，通常根据城市客流量、即可降低投入成本，经济水平和运营模式等方面进行综合考虑，以达到提高乘客舒适度的目的确定最适合城市发展的列车编组方式。
2.2 现在的电制动系统
牵引逆变器中含有功率模块单元，由于逆变器功率元件的能力不足，每台牵引逆变器中含有的功率模块单元电制动一般有再生反馈制动和电阻制动两种形式。当某一个功率模块单元发生故障后，再生制动的能量传送路径与牵引的正好相反，只有2台牵引电动机的功率受到影响，电阻制动则是电能从逆变器出来后进入制动电阻消耗掉。在某些情况下这样的优点是功率模块单元的利用率较高。此时粘着率最高，缺点是功率模块单元利用率较低，故障运行能力强，造价较高。如满载、高速等，驱动同一转向架上的牵引电动机，并联驱动同一动车上的牵引电动机还不能满足列车制动的全部需求，往往需要气制动来补充。
3 牵引系统集成关键技术
3.1 高性能受流控制技术
城轨车辆在实际的运行过程中所需要的电能基本上都是通过受电网与接触网相接触获取的,在正常运行的情况下,电网受流的稳定性也就保证了城轨车辆是否正常运行的关键。对于城轨车辆来说,尤其是在我国北方寒冷的地区,虽然说城轨车辆的运行速度不是特别的高,但是由于受到控制技术的影响,当城轨车辆终止运行之后,在经过了北方寒冷冬天过夜之后,车辆接触网上会出现一层寒冰,当列车再上线运行的时候,车辆受各种外力的影响,将会不能很好地与车辆电网接触网进行接触,在实际的运行过程中就会出现接触网电压缺失的情况,目前受流控制技术的主要内容有:(1)受电流设计和电网关系的影响,这一影响的目的主要是为了进一步确保受流能够有一个良好的受流。(2)当出现接触网电压缺失的时候,研究人员一定要保证牵引逆变器的控制不出现失控才是最关键的。
3.2 辅助逆变器的冗余控制技术
对于地下运行的城轨车辆来说,城轨车辆的辅助供电系统往往都会采用冗余的控制技术手段,而辅助逆变器是当前城轨车辆辅助供电系统的核心,这一技术简单地来说,就是运用一台功率比较大的变流器,在正常的状态下实施降功运行,并在其他辅助变流器故障的情况下,实施满功运行,研究人员将这种运行方式称之为扩展供电。
4 城轨车辆牵引系统供电模式
（1）第三轨仅用于城市轨道交通中的地铁，与之相配合，车辆采用集电靴受流。第三轨距走行轨中心距离约为1.4米，因其牵引供电线路中的导电轨沿线路在车辆的走行轨旁设置，距轨面高度约0.44米（具体数据要根据机车集电靴设置参数而定），并用绝缘子支撑。全封闭的城市铁路和轻轨等线路，被形象地称为“第三轨”。由隔离关和防护罩接触导电轨、防爬器、端部弯头等组成，一般地，根据车辆集电靴与导电轨的接触受流方式的不同，车辆接触受流方式分为上接触式、侧接触式和下接触式，对应的第三轨也就称为“上接触式第三轨”、“下接触式第三轨”和“侧接触式第三轨”。
上接触式接触轨直接放在支持绝缘子上，安装于走行轨的一侧，车辆的集电靴从接触轨上表面取流。接触轨的上方和一侧有防护罩保护，对人员接近和冰雪侵扰有一定防护作用。
下接触式接触轨向下安装在特殊的防护罩的内侧，防护罩集防护和支持功能为一体，安装在走行轨的一侧。接触轨的上方和两侧都被防护罩屏蔽，车辆的集电靴从接触轨下表面取流。其优点是相对安全、美观、耐候性较好。侧接触式接触轨类似于上接触式接触轨，都是安装在瓷绝缘子的上部，主要区别是接触轨外形不同，对着车辆受流器的侧立面较为平直。主要优缺点也与上部受流方式基本相同。
5 结束语
通过铁路牵引系统集成技术的研究，可以找到技术的一些不足，根据这些不足加以分析，在有关技术人员的一致努力下，我国的城轨牵引技术体系一定能越来越完善。从而使得人们的出行有一个更高水平的保障。也使得我国城轨交通能有一个更加广阔的发展空间。
参考文献：
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