轨道交通车辆牵引系统的牵引功率分配方法与流程

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psum，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，psum的大小不断地变化，且牵引工况时psum为正数，制动工况时psum为负数，惰行时psum又为零。但在目前的牵引功率分配方法中，无论psum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psum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。

为解决轨道交通车辆在小功率运行工况时效率较低的问题，最有效的方法就是在轨道交通车辆内部功率分配时，使得车辆处于小功率运行时而牵引电机与牵引变流器处于大功率运行工况，从而提升牵引系统的工作效率。

最直接的方法是将轨道交通车辆牵引总功率psum分配给能承受的最少的牵引电机，而使剩余牵引电机及其对应的牵引变流器停止工作，从而实现牵引系统效率的提升。

假设每一台牵引电机能承受的最高功率为ptop。根据前述分析计算，可以计算出最少需要的牵引电机数量：

式(3)中不止一个解，nmin取其中最小的一个解。

该方法将总功率psum分配给nmin台牵引电机，剩余的牵引电机及对应的牵引变流器停止工作。当psum变化时，nmin也随之变化；psum增加时，nmin的数量也一台一台地逐台增加；psum减小时，nmin的数量也一台一台地逐台减少。

此种优化分配方法相对简单，但对于轨道交通车辆加速度变化率带来了挑战。城市轨道交通车辆应用标准中规定加速度变化率不应超过0.75m/s³，因为加速度变化率太大乘客的舒适感将降低。但加速度变化率也不能过小，否则列车的动力学性能就会降低。目前的平均分配方法中，列车的加速度变化率由所有牵引电机一起承担，每台牵引电机牵引力所产生的加速度变化率均为0.75m/s³。而采用上述优化方法后，在某一个瞬态中列车牵引力变化将仅体现在某一台牵引电机上，该牵引电机牵引力的变化率为原来的m×n倍，而每节动车上有n台牵引电机，因此该牵引电机所在动车承受的加速度变化率为原来的m倍，即加速度变化率为m×0.75m/s³。

综上所述，采用上述优化分配方法会导致某台动车的加速度变化率大幅增加，从而影响乘客舒适度，因此该方法不适用于轨道交通车辆。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、操作简便且系统效率高的轨道交通车辆牵引系统的牵引功率分配方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

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。

优选地，当每节动车对应的功率增加时，工作的牵引电机数量逐台增加；当每节动车对应的功率减小时，工作的牵引电机数量逐台减小。

优选地，每节动车的牵引电机数量相同。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的轨道交通车辆牵引系统的牵引功率分配方法，首先将轨道交通车辆牵引总功率平均地分配给每节动车，然后再将分配给动车中能承受的最少的牵引电机，其它牵引电机则停止运行，从而实现牵引系统效率的提升，同时能够满足系统舒适度要求。

附图说明

图1为本发明的轨道交通车辆的动力配置示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，为了解决以上问题，本发明的轨道交通车辆牵引系统的牵引功率分配方法，具体先将轨道交通车辆牵引总功率psum平均地分配给每节动车，则每节动车的牵引功率为其中m为动车的数量；再将pm分配给动车中能承受的最少的牵引电机，其个数其中ptop为每一台牵引电机能承受的最高功率，nminn为自然数且取其中最小的一个，从而使动车中剩余牵引电机及其对应的牵引变流器停止工作，从而实现牵引系统效率的提升。本发明的轨道交通车辆牵引系统的牵引功率分配方法，将每节动车总功率pm分配给nminn台牵引电机，该动车中剩余的牵引电机及对应的牵引变流器停止工作。当pm变化时，nminn也随之变化；pm增加时，nminn的数量也一台一台地逐台增加；pm减小时，nminn的数量也一台一台地逐台减少。另外，在某一个瞬态中一台动车的牵引力变化将仅体现在某一台牵引电机上，该牵引电机牵引力的变化率为原来的n倍。但每节动车的牵引力变化率仍与原来平均分配方法相同，因此动车的加速度变化率仍为0.75m/s³，满足车辆应用要求。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。