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兰新线大风区弓网动态接触防失效参数匹配和受电弓主动控制研究
| 论文题名： | 兰新线大风区弓网动态接触防失效参数匹配和受电弓主动控制研究 |
| 关键词： | 弓网系统;动态接触;参数匹配;受电弓;主动控制 |
| 摘要： | 受电弓-接触网耦合系统（以下简称弓网系统）保障列车的可靠运行，是为列车提供电能的重要系统。由于列车速度的提高和弓网系统外部环境的影响，特别是风载荷引起的接触网振动，使系统振动加剧、列车受流质量变差，甚至会出现弓网离线现象的发生，从而导致弓网动态接触失效。兰新线途径“百里大风区”，常年遭受大风作用，严重影响列车的安全营运。为了解决这一问题，本文基于兰新线，从参数匹配和主动控制两个方面进行了弓网动态接触防失效的研究，进而提高受流质量，保障列车安全运行。主要研究内容如下： (1)建立了弓网系统耦合模型。推导了接触网微分方程和受电弓动力学方程，通过渗透位移法将其进行动力学耦合从而完成建模。并推导在脉动风激励下接触线受到的作用力，修正弓网模型。 (2)研究了质量块受电弓的参数匹配。推导了三质量块受电弓机械阻抗，得到了受电弓机械阻抗的频域表达式，发现机械振动在吊弦的反射波使得系统振动加剧，同时发现接触压力振动幅值和受电弓机械阻抗成正比，降低机械阻抗可以减小弓网接触压力波动。对受电弓的动力学方程进行Laplace变换，将吊弦频率和受电弓转折频率进行参数匹配，逐个改变参数值寻找最优参数，仿真结果表明优化后吊弦频率附近振幅显著降低。 (3)研究了多体受电弓的参数匹配。考虑了受电弓在工作过程中升弓角的变化引起的参数的非线性变化，建立了受电弓的多刚体模型，并对模型进行了验证。为了便于分析，在平衡位置附近，将模型进行等效处理，对受电弓的动力学方程进行Laplace变换，将吊弦频率和受电弓转折频率进行参数匹配，用单变量和多变量法进行参数寻优。 (4)设计了风扰动下受电弓反步控制器。利用反步法推导了反馈控制力，设计观测器估计系统不可测量，提高了控制器的实用性，并利用Lyapunov函数证明了系统的稳定性。和已有研究中的控制方法进行对比，反步控制方法具有更好的鲁棒性。将风扰动引起的抖振力施加到系统中，验证了控制器的抗扰动能力；探究了控制器参数对控制力的影响，发现较大的控制增益可以获得更好地控制效果，提高了控制器的控制效率。 |
| 作者： | 柳玉龙 |
| 专业： | 电力系统及其自动化 |
| 导师： | 王英 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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