2024年底,我国时速最快的CR450高速动车组在北京首次亮相,标志着“CR450科技创新工程”取得重大突破。该列车首次采用永磁牵引系统,其效率较CRH380提升15%以上,具备超高功率密度和快速动态响应能力。然而,其一体化牵引系统结构复杂,对实时仿真提出三大挑战:
(1)单设备算力难以支撑多逆变器、电机及电网的并行计算;
(2)跨系统强耦合对同步精度要求极高,时序误差易影响仿真可靠性;
(3)列车启停、坡道等多工况测试组合复杂,手动验证难以全面覆盖。
远宽能源创新性地采用分布式实时仿真解决方案:通过将永磁同步牵引系统解耦为牵引供电网络部分与电机+逆变器部分,分别下载至两台仿真器:仿真器A运行牵引供电网络仿真模型,包含牵引变电所模型、自耦变压器模型和四象限整流器;仿真器B运行四组逆变器+永磁同步电机模型;双方通过高速Fiberlink光纤实现电压/电流信号的微秒级交互,并依托专用时钟同步线确保两台仿真设备时钟同步,其中牵引系统控制器通过物理IO接口采集两台仿真器的交流测电压、电流、电机电流等信息进行闭环运算,并输出PWM信号给实时仿真器中的整流器、逆变器,从而构建高保真动车组牵引系统硬件在环测试平台。
支持永磁同步电机(提供线性模型、有限元模型及变参模型)、异步电机等轨道交通主流电机类型,适配不同车型牵引系统开发需求,为不同车型牵引系统的精准仿真验证提供坚实基础。
支持对牵引系统各类典型故障(如IGBT/Diode开路)的精准注入与模拟,并可模拟坡道、隧道、网压波动等复杂运行环境,有效提升系统设计的容错能力和运行可靠性。同时具备100kHz及以上超高开关频率的精确仿真能力,适配SiC MOSFET等新型高效功率器件应用需求,助力实现高速动车的轻量化与高效化目标。
支持用户使用ECU-TEST测试软件,快捷高效协助用户完成一系列工况自动化测试。
通过供电网络与多电机驱动解耦部署,突破算力瓶颈,解决牵引系统仿真中面临的跨设备计算负载分配、数据交互延迟与时钟同步误差难题,为包含电网、变流器、多电机的全系统级高可信度验证提供了坚实技术保障。
列车启动加速较快,根据牵引特性曲线和恒功率的要求,随着转速升高加速逐渐平缓并稳定于给定转速6000rpm,转矩由1250N.m缓慢降低并最终稳定在800N.m,可见实时仿真精准复现了系统的动态特性。
列车进入高速巡航状态,牵引电机转速保持在7000rpm,且输出功率稳定在600kW。电机定子电流呈稳定正弦,转矩稳定在800N.m,转矩脉动较小,约为±20N.m,整流器输入端电压、电流同相位,且波形为稳定正弦,验证了永磁牵引系统在高速工况下的稳态运行能力。
在动车组再生制动过程中,牵引电机转速由6000rpm平滑减速至0,制动转矩由-2000N.m随着减速逐渐衰减至0。整流器输入端的电压、电流相位相反,牵引电机处于发电状态,将机械能通过牵引变流器回馈给电网,实现了高效、节能的动车组减速制动。
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