和谐号CRH380动车组作为中国高速铁路核心运营车型系列,率先突破商业运营时速380公里大关,其牵引系统采用大功率IGBT变流器与异步牵引电机组合,通过精确的矢量控制实现高效能转换与传输。随着该车型大规模服役与运营维护精细化需求提升,对其牵引控制系统、辅助供电系统及列车网络的控制精度、可靠性及故障应对能力提出持续挑战。实时硬件在环(HIL)仿真成为实现其控制系统迭代升级、预测性维护及安全评估的重要手段。
CRH380动车组的核心牵引系统主要采用异步牵引电机,每节动车下方安装一个牵引变流器箱,驱动该车厢的4台牵引电机。远宽能源采用分布式实时仿真方案,将牵引系统解耦为牵引供电网络与电机-逆变器两部分,分别部署于两台仿真器:仿真器A运行牵引供电网络,包括变电所、自耦变压器和四象限整流器;仿真器B运行逆变器与4台牵引电机模型。两设备通过高速光纤(Fiberlink)实现电压、电流信号的交互,并利用专用时钟同步线确保时钟严格同步。牵引控制器通过物理IO采集两侧仿真器信号进行闭环控制,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2000rpm,转矩稳定在1000N.m,由于CRH380系列动车组牵引系统采用车控方式,1台变流器驱动4台牵引电机(1C4M)并联工作,变流器电流幅值为牵引电机4倍,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2000rpm稳定,且输出功率稳定在200kW。电机定子电流呈稳定正弦,转矩稳定在1000N.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2000rpm平滑减速至0,制动转矩由-3000N.m随着减速逐渐衰减至0。由于开始时转速很高,回馈功率较大,随着转速下降,回馈的功率也随之线性减小。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。
测试
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