作者介紹

劉濤

劉濤，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楦咚勹F路弓網(wǎng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析與參數(shù)優(yōu)化。

魯小兵

魯小兵，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楦咚勹F路弓網(wǎng)系統(tǒng)建模與受電弓主動(dòng)控制。

張佳怡

張佳怡，工程師，主要研究方向?yàn)楦咚勹F路弓網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化與參數(shù)匹配。

研究背景

高速鐵路電力機(jī)車主要依賴安裝在機(jī)車頂部的受電弓與架空接觸網(wǎng)滑動(dòng)接觸實(shí)現(xiàn)持續(xù)取流。受電弓與接觸網(wǎng)的接觸穩(wěn)定性直接影響電力機(jī)車的供電安全。一方面，弓網(wǎng)接觸力過大會(huì)造成受電弓滑板、接觸線磨耗加劇，造成高速鐵路運(yùn)營成本上升，并引起安全隱患；另一方面，弓網(wǎng)接觸力過小則會(huì)造成弓網(wǎng)接觸不良，引起電弧擊穿，產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，引起電力機(jī)車供電質(zhì)量不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)可造成機(jī)車供電中斷。

圖1 高速鐵路弓網(wǎng)系統(tǒng)示意圖

論文所解決的問題及意義

受電弓主動(dòng)控制是指基于現(xiàn)代控制理論，結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)對(duì)受電弓實(shí)施外加激勵(lì)，從而有效降低弓網(wǎng)接觸力的波動(dòng)幅度，保證弓網(wǎng)之間的持續(xù)、良好接觸。本文解決了高速受電弓運(yùn)行過程中隨機(jī)擾動(dòng)所造成的弓網(wǎng)接觸力失穩(wěn)問題，為提供弓網(wǎng)受流質(zhì)量提供了重要參考。

圖2 高速受電弓滑模控制效果

圖3 弓網(wǎng)接觸力對(duì)比

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

本文構(gòu)建了考慮隨機(jī)擾動(dòng)的弓網(wǎng)模型。在模型基礎(chǔ)上，提出了基于滑模控制理論的高速受電弓主動(dòng)控制策略，并結(jié)合離散擾動(dòng)控制器以降低隨機(jī)擾動(dòng)對(duì)弓網(wǎng)接觸力的影響。所提出的控制策略可有效降低高速鐵路弓網(wǎng)接觸力的波動(dòng)幅度和離線率，對(duì)于保障動(dòng)車組供電安全具有十分積極的作用。

結(jié)論

本文針對(duì)高速鐵路運(yùn)行過程中受電弓受到隨機(jī)擾動(dòng)影響引起弓網(wǎng)接觸失穩(wěn)現(xiàn)象，提出了采用考慮隨機(jī)擾動(dòng)的滑?？刂撇呗詫?duì)高速受電弓進(jìn)行主動(dòng)控制，以保證受電弓與接觸網(wǎng)之間的穩(wěn)定接觸。

研究結(jié)果表明：本文所提出的考慮隨機(jī)擾動(dòng)的高速受電弓主動(dòng)控制器可在不同工況下取得較好的弓網(wǎng)控制效果。特別是在考慮高斯白噪聲與接觸線不平順?biāo)斐傻氖茈姽S機(jī)擾動(dòng)時(shí)，弓網(wǎng)接觸力均可保持較小的波動(dòng)與較低的離線率，對(duì)于保障高速鐵路動(dòng)車組供電安全與穩(wěn)定性具有十分重要的作用。

引用本文

劉濤, 魯小兵, 張佳怡. 考慮隨機(jī)擾動(dòng)的高速鐵路弓網(wǎng)系統(tǒng)滑模控制研究[J]. 電氣技術(shù), 2022, 23(3): 57-62. LIU Tao, LU Xiaobing, ZHANG Jiayi. Study on the pantograph active control based on the slide mode control method considering the stochastic disturbance. Electrical Engineering, 2022, 23(3): 57-62.