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軌道交通車輛永磁同步牽引傳動(dòng)系統(tǒng)由接觸軌受電模塊、直流充電濾波模塊、牽引變流器、永磁同步牽引電機(jī)等組成，集電靴從接觸軌取電后經(jīng)濾波器和牽引變流器驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM），為車輛的運(yùn)行提供動(dòng)力。

鑒于目前供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，車輛運(yùn)行線路中，接觸軌供電存在失電區(qū)域，即供電電壓突然中斷，一段時(shí)間后又恢復(fù)供電的區(qū)間，通常稱之為斷電區(qū)。牽引系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，供電電壓直接影響母線電壓，而母線電壓突變?nèi)菀滓痣娏鳑_擊以及低頻振蕩，甚至可能觸發(fā)系統(tǒng)重故障，造成停機(jī)。為確保牽引系統(tǒng)順利穿越斷電區(qū)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者展開很多研究，提出相關(guān)的解決措施，并且取得一定效果。

• 有學(xué)者以上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)旅客捷運(yùn)系統(tǒng)為例，對(duì)受電車輛在穿越斷電區(qū)時(shí)產(chǎn)生過電流的原因進(jìn)行分析，并結(jié)合線路實(shí)際工況提出了車輛穿越斷電區(qū)的解決方法，但是未能從理論上解決斷電區(qū)電壓突變對(duì)車輛牽引系統(tǒng)的沖擊問題，所提方法不具有普適性。
• 有學(xué)者以高速牽引列車為研究對(duì)象，建立了考慮濾波電感在內(nèi)的牽引供電系統(tǒng)模型，分析了濾波電感對(duì)于降低電流沖擊的作用，然而并沒能提出解決斷電區(qū)穿越引起巨大沖擊和LC振蕩的有效方法。
• 有學(xué)者以電動(dòng)車輛永磁同步牽引系統(tǒng)為例，對(duì)母線電壓波動(dòng)造成的影響進(jìn)行分析，并從控制算法上提出了優(yōu)化措施，雖然能夠降低母線電壓波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的沖擊，但是車輛進(jìn)入斷電區(qū)時(shí)仍然需要關(guān)閉牽引系統(tǒng)，待通過斷電區(qū)后再重啟系統(tǒng)，對(duì)操作人員的依賴程度較高。
• 有學(xué)者對(duì)電力機(jī)車中直流母線電壓與電力電子變壓器進(jìn)行建模，通過仿真分析了大信號(hào)擾動(dòng)對(duì)直流母線電壓的影響，提出了電壓前饋補(bǔ)償策略調(diào)節(jié)母線電壓，并為母線電壓控制器的設(shè)計(jì)提供了準(zhǔn)則，不足之處在于只進(jìn)行了仿真分析，沒有通過試驗(yàn)進(jìn)行具體驗(yàn)證。

為更好地解決軌道交通車輛永磁同步牽引系統(tǒng)斷電區(qū)穿越問題，海軍工程大學(xué)的科研人員分析了斷電區(qū)的產(chǎn)生原因及具體工況，給出了車輛進(jìn)入與退出斷電區(qū)的判斷條件，并設(shè)計(jì)了基于穩(wěn)壓穿越的斷電區(qū)控制策略，通過調(diào)節(jié)牽引系統(tǒng)工作在整流發(fā)電或正常牽引模式，維持支撐電容電壓和母線電壓穩(wěn)定在額定值，從而避免經(jīng)過斷電區(qū)時(shí)關(guān)閉牽引系統(tǒng)斷開主接觸器，并且在牽引系統(tǒng)重新接入供電時(shí)降低母線電壓突變引起的沖擊和振蕩。

圖1 地鐵永磁同步牽引系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2 永磁同步牽引系統(tǒng)斷電區(qū)穿越框圖

圖3 地鐵永磁同步牽引系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)

他們以北京地鐵某線路為例進(jìn)行了仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的基于穩(wěn)壓穿越斷電區(qū)的控制策略能夠支持地鐵車輛在不關(guān)閉牽引系統(tǒng)保持接觸器合閘的條件下平穩(wěn)穿越斷電區(qū)，提高了牽引系統(tǒng)的控制性能，降低了故障發(fā)生率。同時(shí)，在檢測(cè)到供電電壓丟失時(shí)，也能準(zhǔn)確報(bào)出欠電壓故障，增加了地鐵永磁同步牽引系統(tǒng)的特色優(yōu)勢(shì)。

本文編自2021年第16期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“軌道交通車輛永磁同步牽引系統(tǒng)斷電區(qū)穿越控制策略”，作者為張偉偉、肖飛 等。