[发明专利]轨道交通车辆牵引系统的牵引功率分配方法

说明书

本发明公开了一种轨道交通车辆牵引系统的牵引功率分配方法，将轨道交通车辆牵引系统的牵引总功率平均分配至每节动车，然后再将各节动车对应的功率分配至能承受的最少牵引电机上，其它牵引电机则停止工作。本发明的轨道交通车辆牵引系统的牵引功率分配方法具有原理简单、操作简便、系统效率高以及满足舒适度要求等要求。

技术领域

本发明主要涉及轨道交通技术领域，特指一种轨道交通车辆牵引系统的牵引功率分配方法。

背景技术

目前，轨道交通车辆的牵引功率是平均分配给各牵引电机，部分情况会考虑轴重转移的影响而进行调整补偿。总而言之，轨道交通车辆牵引时，所有正常状态的牵引电机均工作，各承担的牵引功率也大体相当。该牵引功率分配方法的优点是简单可靠，但也存在不少局限性。

轨道交通车辆运行时，满功率运行的时间较短，更多的时间内处于小功率运行状态，整车牵引功率不足满功率的50％。因此，在小功率运行状态时牵引电机处于小功率工作状态，类似于“大马拉小车”，其效率低于满功率运行状态，非最经济的工作状态。

另外，驱动牵引电机的牵引变流器的功率损耗分为两部分：通态损耗与开关损耗，这两者大小总体相当。其中通态损耗与牵引电机的功率有关，牵引电机功率越小，则通态损耗越小；开关损耗与牵引变流器开关频率有关，而与牵引电机的功率无关，开关损耗并不随牵引电机功率变小而减小。因此，当牵引电机功率降低时，牵引变流器的效率总体也是降低的。

我们一般把牵引变流器与牵引电机合称为牵引系统。从上述分析可知，当轨道交通车辆小功率运行时，牵引电机的效率低于满功率运行状态，而牵引变流器的效率总体上也是随牵引电机功率的减小而降低。因此，在目前的牵引功率分配方法下，牵引系统的效率随轨道交通车辆功率的减小而降低。

根据动力分布形式，目前轨道交通车辆可以分为动力集中型与动力分散型，而动力集中型可以看作是动力分散型的特殊情况。因此，这里就以动力分散型轨道交通车辆为原型进行分析，动力集中型车辆则可以更简单地推导出来。

如图1所示，为一列典型的动力分散型轨道交通车辆：4动2拖的地铁列车。其中：Tc代表带司机室的拖车，没有动力，4个空心圆圈代表4条没有牵引电机的轮对；Mp代表带受电弓的动车，4个实心圆圈代表4条配置了牵引电机的轮对；M代表普通动车，同样有4对配置了牵引电机的轮对。全列车一共配置了16台牵引电机，均匀地分配在4台动车上。

为推导出具有普适性的公式，假设全列车牵引总功率为P_SUM，全列车动车数量为m，每节动车具有n条轮对配置了牵引电机。目前的分配方法是将总功率平均地分配至m节(或个)动车上，所以每个动车的功率为

而每个动车又将其功率平均地分配至n条轮对，因此每条轮对的功率为：

虽然动力集中型轨道交通车辆会考虑几条轮对间的轴重转移现象而采用轴重补偿方法，使得同一个动车内的几条轮对的牵引功率略有不同，但总体还是相当的。此处为简化分析，忽略轴重补偿的影响，同时也忽略故障的影响。

随着列车运行工况的不同，P_SUM的大小不断地变化，且牵引工况时P_SUM为正数，制动工况时P_SUM为负数，惰行时P_SUM又为零。但在目前的牵引功率分配方法中，无论P_SUM怎么变化，每个动车的牵引功率都满足式(1)，每条动车轮对的牵引功率都满足式(2)。

如前所述，轨道交通车辆满功率运行的时间一般较短，而更多的时间是处于小功率运行的状态，即整车牵引功率P_SUM不足列车满功率的50％。小功率运行时，一方面牵引电机处于“大马拉小车”状态，效率不高；另一方面，牵引变流器的开关损耗占比更大，导致牵引变流器的效率较低。因此，这两方面均会导致牵引系统效率不高，从而使得轨道交通车辆牵引能耗增高。