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摘 要：随着城市化进程在我国的不断推进，城市土地资源愈加紧张起来，有限的城市空间使得地面交通压力变大，各主要城市纷纷在地下修建地铁轨道，通过运行地铁轨道交通列车来缓解地面交通压力。而地铁列车需要使用地铁牵引系统来支持其正常运行，因此确保地铁牵引系统稳定是非常有必要的。本文试对地铁牵引系统稳定性的提升控制措施进行探索和研究。
关键词：地铁牵引系统；稳定性；性能提升；控制措施
地铁牵引系统的稳定性依托于系统参数的正确匹配，若是参数配置错误，将会导致牵引系统出现交流、直流电压电流振荡，若是振荡较为剧烈、达到一定程度，便会启动逆变器的保护装置，使牵引系统的供电被强行终止，牵引系统稳定性因此而大打折扣。数十年来，我国及国外学者都试图提出各种方案来解决牵引系统的稳定性问题，目前，已经取得了可喜的成就。
1 牵引传统系统及其存在的振荡问题
地铁所使用的牵引传统系统由LC滤波器、感应电机、控制系统以及牵引变流器四大部分组成，其中控制系统通过接收地铁司机的手柄传输转矩指令，结合感应电机产生的电流与转子角速度等参考信息，控制系统可以开启或关闭牵引逆变器，使其桥臂可以精准地控制电机的转矩。
由于牵引系统在运行时具有极为复杂的工作状况，很难通过直观描述来体现出来，因此可以基于小信号分析法简化牵引系统为一种等效电路模型，见图1，其中所涉及的参数包括：①R：直流侧线路与电抗（L）的总和；②U：直流网侧电压；③is：网侧电流，若逆变器的输出功率P始终保持不变，则等效电流源id等于P/Ud，在本研究中额定电压Ud设定为1500V则计算得出网侧电流is为280A，基于这样的参数设定，可计算出逆变器与感应电机二者阻抗之和为Zd=Ud·Ud/P，负阻抗为其主要特性表现。④Δ：小信号，为变量。这一模型的线性状态空间可以使用如下方程表达式来描述，即：
（1）；而小信号的表达
式为：（2）。若要确保牵引系统稳定，则必
须要满足首要条件，即：P/（Ud·Ud） 2 提升控制措施
2.1 抑制直流侧振荡
分析牵引系统的振荡问题可以发现，若是能在转矩控制上实现对直流侧电压的控制，则可以有效抑制振荡的发生，在抑制过程中，牵引逆变器所具有的特性由正阻抗形式体现出来，恰好可以弥补因负阻抗而带来的阻尼减小问题，LC滤波器所发生的振荡也会得到有效抑制，牵引系统的稳定性也将得到良好的控制。基于这样的基础思想，设计者与维护者可以通过低通滤波器来获取电容电压直流分量，随后在结合高通滤波器，通过与低通滤波器的串联来获取电容电压振荡分量，在滤波器和高通滤波器的串联下，高频分量可以被过滤、除去，电压信号谐振动频率也会得到相应的延时补偿。在分析振荡抑制时，考虑到滤波器振荡所具有的小周期性，可建设电机速度始终保持不变，结合牵引系统的控制转矩，可以得出如下结论：在对直流侧振荡进行控制时可以借助牵引逆变器所具有的正阻抗特性来实现有效的震荡抑制。在上文所提及的模型中，设计者与维护者可添加振荡抑制环节，在添加后需验证其稳定性控制效果，以下状态空间表达式即为所获得的新小信号：
（3）。
而通过实践发现，在增加了振荡抑制环节之后，牵引系统的直流侧滤波器并没有再出现振荡现象，系统始终平稳运行，因此证明此方法确实可以有效提升牵引系统稳定性。
2.2 时延补偿
若要实现对振荡抑制的准确分析，则要满足“转矩指令精确”这一前提保障条件。然而在现实操作中，受到滤波延迟、控制器处理时间等因素的影响，整个牵引系统会出现一定程度的延迟。若是传统系统具有较高的功率，开关的功率同样比较高，那么牵引系统将会带来明显的相位滞后表现，這种表现所带来的影响也是非常大的，牵引系统很可能在动态性能上出现明显的变化，最终导致调节器中止运行，而调节器停止工作会导致电机转速摇摆，引起电流振荡。对于这种情况，可以采取间接的方式进行时延补偿，因此来避免电流振荡的发生。
在牵引系统中增加时延补偿环节同样需要通过实验来验证其可行性。假设某地铁牵引系统的直流侧电压为1.5kV，输入电流设为500A，输出频率不高于112Hz，在地铁列车不断加速运行的状态下为其给予时延补偿，可以发现地铁达到25km/h这一车速时列车尚处于惰性工况，待车速提至50km/h，则牵引系统的振荡问题得到了有效抑制，可见上文所提即的时延补偿方案与振荡抑制方案均具有鲜明的可行性与有效性。
3 结语
地铁牵引系统由逆变器、电机等部分组成，针对其发生的振荡问题，可以通过采取“振荡抑制”与“时延补偿”等方案进行解决，而本文证实了这些方案的可行性，地铁牵引系统可借由这些措施来提升控制系统稳定性。
参考文献
[1]张全.试论地铁牵引系统稳定性提升控制[J].中国设备工程，2016，（14）：41-42.
（作者单位：重庆市轨道交通（集团）有限公司）
关键词：地铁牵引系统；稳定性；性能提升；控制措施
地铁牵引系统的稳定性依托于系统参数的正确匹配，若是参数配置错误，将会导致牵引系统出现交流、直流电压电流振荡，若是振荡较为剧烈、达到一定程度，便会启动逆变器的保护装置，使牵引系统的供电被强行终止，牵引系统稳定性因此而大打折扣。数十年来，我国及国外学者都试图提出各种方案来解决牵引系统的稳定性问题，目前，已经取得了可喜的成就。
1 牵引传统系统及其存在的振荡问题
地铁所使用的牵引传统系统由LC滤波器、感应电机、控制系统以及牵引变流器四大部分组成，其中控制系统通过接收地铁司机的手柄传输转矩指令，结合感应电机产生的电流与转子角速度等参考信息，控制系统可以开启或关闭牵引逆变器，使其桥臂可以精准地控制电机的转矩。
由于牵引系统在运行时具有极为复杂的工作状况，很难通过直观描述来体现出来，因此可以基于小信号分析法简化牵引系统为一种等效电路模型，见图1，其中所涉及的参数包括：①R：直流侧线路与电抗（L）的总和；②U：直流网侧电压；③is：网侧电流，若逆变器的输出功率P始终保持不变，则等效电流源id等于P/Ud，在本研究中额定电压Ud设定为1500V则计算得出网侧电流is为280A，基于这样的参数设定，可计算出逆变器与感应电机二者阻抗之和为Zd=Ud·Ud/P，负阻抗为其主要特性表现。④Δ：小信号，为变量。这一模型的线性状态空间可以使用如下方程表达式来描述，即：
（1）；而小信号的表达
式为：（2）。若要确保牵引系统稳定，则必
须要满足首要条件，即：P/（Ud·Ud）
2.1 抑制直流侧振荡
分析牵引系统的振荡问题可以发现，若是能在转矩控制上实现对直流侧电压的控制，则可以有效抑制振荡的发生，在抑制过程中，牵引逆变器所具有的特性由正阻抗形式体现出来，恰好可以弥补因负阻抗而带来的阻尼减小问题，LC滤波器所发生的振荡也会得到有效抑制，牵引系统的稳定性也将得到良好的控制。基于这样的基础思想，设计者与维护者可以通过低通滤波器来获取电容电压直流分量，随后在结合高通滤波器，通过与低通滤波器的串联来获取电容电压振荡分量，在滤波器和高通滤波器的串联下，高频分量可以被过滤、除去，电压信号谐振动频率也会得到相应的延时补偿。在分析振荡抑制时，考虑到滤波器振荡所具有的小周期性，可建设电机速度始终保持不变，结合牵引系统的控制转矩，可以得出如下结论：在对直流侧振荡进行控制时可以借助牵引逆变器所具有的正阻抗特性来实现有效的震荡抑制。在上文所提及的模型中，设计者与维护者可添加振荡抑制环节，在添加后需验证其稳定性控制效果，以下状态空间表达式即为所获得的新小信号：
（3）。
而通过实践发现，在增加了振荡抑制环节之后，牵引系统的直流侧滤波器并没有再出现振荡现象，系统始终平稳运行，因此证明此方法确实可以有效提升牵引系统稳定性。
2.2 时延补偿
若要实现对振荡抑制的准确分析，则要满足“转矩指令精确”这一前提保障条件。然而在现实操作中，受到滤波延迟、控制器处理时间等因素的影响，整个牵引系统会出现一定程度的延迟。若是传统系统具有较高的功率，开关的功率同样比较高，那么牵引系统将会带来明显的相位滞后表现，這种表现所带来的影响也是非常大的，牵引系统很可能在动态性能上出现明显的变化，最终导致调节器中止运行，而调节器停止工作会导致电机转速摇摆，引起电流振荡。对于这种情况，可以采取间接的方式进行时延补偿，因此来避免电流振荡的发生。
在牵引系统中增加时延补偿环节同样需要通过实验来验证其可行性。假设某地铁牵引系统的直流侧电压为1.5kV，输入电流设为500A，输出频率不高于112Hz，在地铁列车不断加速运行的状态下为其给予时延补偿，可以发现地铁达到25km/h这一车速时列车尚处于惰性工况，待车速提至50km/h，则牵引系统的振荡问题得到了有效抑制，可见上文所提即的时延补偿方案与振荡抑制方案均具有鲜明的可行性与有效性。
3 结语
地铁牵引系统由逆变器、电机等部分组成，针对其发生的振荡问题，可以通过采取“振荡抑制”与“时延补偿”等方案进行解决，而本文证实了这些方案的可行性，地铁牵引系统可借由这些措施来提升控制系统稳定性。
参考文献
[1]张全.试论地铁牵引系统稳定性提升控制[J].中国设备工程，2016，（14）：41-42.
（作者单位：重庆市轨道交通（集团）有限公司）