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高铁过电压对车载牵引供电系统的影响机理及抑制方法:系统性综述

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中国电机工程学报 2024年第12期44卷 4682-4701,I0008页

作者：肖嵩曹野吴广宁高国强郭裕钧张血琴孙传铭刘建城西南交通大学四川省成都市611756 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东省青岛市266611

为了追求更高的牵引速度及更强的运载能力,高铁车载牵引供电系统功率容量不断提升,现有牵引供电系统及关键设备需要应对更高频次、更大幅值的过电压冲击,如何保障列车在高速运行状态下牵引系统安全、可靠地运行是如今高速列车设计面临... 详细信息

为了追求更高的牵引速度及更强的运载能力,高铁车载牵引供电系统功率容量不断提升,现有牵引供电系统及关键设备需要应对更高频次、更大幅值的过电压冲击,如何保障列车在高速运行状态下牵引系统安全、可靠地运行是如今高速列车设计面临的重要技术挑战。详细调研了过电压导致牵引供电系统出现的典型故障,归纳了高速列车中过电压的种类及相关特性,目前主流的牵引供电方式包括采用带回流线的直接供电方式与自耦变压器(automatic transformer,AT)供电方式,均是单相交流供电制式。为了保障三相负荷平衡,防止系统中负序电流的产生,传输异相电流的相邻供电臂间通过绝缘分相区进行隔离。列车在驶过分相区时需要操作车载真空断路器(vacuum circuit breaker,VCB),分合闸过程中会产生剧烈的过电压冲击;此外,“弓-网”离线电弧及“轮-轨”滚动电弧频发,也伴随着过电压。通过调研目前已构建的牵引供电系统过电压特性仿真模型,探究了过电压的产生机理及传播规律;梳理了影响过电压特性的关键因素及抑制措施;明确了未来的研究重点,即“弓-网”及“轮-轨”燃弧过电压产生的机理和影响;“多车共臂”及“多车重联”工况下过电压的传播规律;展望了“源头-路径-终端”三位一体的过电压抑制方法。

关键词：高速列车过电压真空断路器电弧弓网离线电弧 “轮-轨”滚动电弧

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高速动车组横梁应变场光纤测量与反演研究

振动．测试与诊断 2024年第2期44卷 390-396,416页

作者：王燕张子璠彭畅王光君鞠增业马龙西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031 中车青岛四方机车车辆股份有限公司青岛266111

针对高速动车组车底底架横梁的应变场反演问题,基于模态叠加法和传感器优化配置理论,提出一种根据部分测点的实测单向应变反演结构空间应变场的方法。以结构的应变模态为输入,以模态坐标独立性为目标,基于信息熵理论建立了传感器优化配... 详细信息

针对高速动车组车底底架横梁的应变场反演问题,基于模态叠加法和传感器优化配置理论,提出一种根据部分测点的实测单向应变反演结构空间应变场的方法。以结构的应变模态为输入,以模态坐标独立性为目标,基于信息熵理论建立了传感器优化配置的数学模型,再根据模态坐标和振型采用正则化方法反演结构应变场。仿真计算结果表明,无噪声干扰下,反演的精度较高,最大均方误差为9.87×10~(-12),并且正则化方法可以有效抑制噪声对结果的影响。搭建了基于光纤光栅传感系统的测试试验台,基于实测应变数据和模态结果反演应变场,结果表明,反演后的应变幅值相对误差带为1.21%~10.79%,反演数据和实测数据的均方误差带为0.80~3.69。该方法能够准确识别结构的模态坐标,为获取高速列车关键结构的应变场分布提供参考。

关键词：应变场反演传感器优化配置应变模态光纤光栅

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自动化建模与优化平台开发及其在切削吸能结构的应用

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 2048-2060页

作者：王晖田凯高乾宸王明猛郝伟江王晋乐朱涛中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室四川成都610031

传统优化设计受限于几何参数化和六面体单元生成困难等问题,优化过程繁琐,效率低下。为规范开发流程,提高优化设计效率,本文搭建以MOO(multi-objective optimization)系统为核心,集成了几何、有限元建模、数据处理以及代理优化等模块的... 详细信息

传统优化设计受限于几何参数化和六面体单元生成困难等问题,优化过程繁琐,效率低下。为规范开发流程,提高优化设计效率,本文搭建以MOO(multi-objective optimization)系统为核心,集成了几何、有限元建模、数据处理以及代理优化等模块的自动化建模与优化平台。自动化建模模块以CAE为核心,基于三次样条函数构造特征截面和映射路径实现自动几何参数化建模,并在扫掠法和模型分解法的基础上,提出基于多截面扫掠法的六面体网格自动化生成方法;此外,在常规基于代理模型的优化流程上,通过数据转换和处理算法实现从数值计算结果提取到代理优化的自动化。研究结果表明:该平台能建立具有较小几何误差和高质量单元的有限元模型,结构耐撞性指标整体上有一定提升,可以显著地提高优化工作流程的效率。

关键词：优化平台几何参数化建模六面体网格生成切削吸能结构被动安全

改进高频脉振电压注入的IPMSM无传感器控制

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电力电子技术 2024年第4期58卷 8-12,52页

作者：刘建李国银谷翠军重庆中车四方所科技有限公司重庆401133

为解决传统静止坐标系高频脉振电压注入法由直流偏置导致的估计转子位置不准确的问题,在此提出了一种基于改进静止坐标系高频脉振电压注入的内置式永磁同步电机(IPMSM)无传感器控制方法。该方法仅使用β轴定子电流估计转子位置和转速,... 详细信息

为解决传统静止坐标系高频脉振电压注入法由直流偏置导致的估计转子位置不准确的问题,在此提出了一种基于改进静止坐标系高频脉振电压注入的内置式永磁同步电机(IPMSM)无传感器控制方法。该方法仅使用β轴定子电流估计转子位置和转速,因此解决了直流偏置问题。首先,采用四阶广义积分提取高频电流,四阶广义积分在谐振频率处具有单位增益和零相移,保证了提取高频电流的准确性。然后,利用改进的二阶广义积分获得包含转子位置信息的正交信号,并且可以精确补偿信号处理过程中低通滤波器产生的相移和幅值衰减。最后,在2 kW IPMSM驱动平台上验证了算法的有效性。

关键词：内置式永磁同步电机高频脉振电压注入无传感器控制

车端侧滚减振装置对高速双层动车组动力学性能的影响分析

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中国机械工程 2024年第4期35卷 742-751页

作者：王昕代亮成杨东晓罗贇池茂儒郭兆团曾鹏程西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031 中车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心青岛266111

双层动车组设置较大的二系横向阻尼来抑制一次蛇行引起的共振,而较大的二系横向阻尼会使车辆的横向平稳性变差。针对某型高速双层动车组横向平稳性差的问题,基于车端侧滚减振装置的工作原理建立了车端侧滚减振装置在车体滚摆和摇头运动... 详细信息

双层动车组设置较大的二系横向阻尼来抑制一次蛇行引起的共振,而较大的二系横向阻尼会使车辆的横向平稳性变差。针对某型高速双层动车组横向平稳性差的问题,基于车端侧滚减振装置的工作原理建立了车端侧滚减振装置在车体滚摆和摇头运动状态下的数学模型,并将AMEsim软件中建立的减振器仿真模型与台架试验进行验证。最后通过建立车端侧滚减振装置与被试车辆的联合仿真模型,在不改变车辆现有悬挂参数的基础上对车端侧滚减振装置的关键参数进行优化选取。仿真结果表明,车端侧滚减振装置可以在不影响车辆垂向平稳性、保证曲线运行安全性的前提下有效改善双层动车组的横向平稳性。

关键词：高速双层动车组车端侧滚减振装置横向平稳性参数优化

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基于改进U-Net的单轨受电弓滑块图像分割方法

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轨道交通材料 2024年第4期3卷 63-67页

作者：谭宇文刘瑞敏王晓东赵栋曾雅雯重庆中车四方所科技有限公司重庆401133

针对现有图像算法分割单轨列车受电弓滑块精度偏低的问题,提出了一种基于深度学习的单轨受电弓滑块图像分割方法。该方法将单轨受电弓前捕捉到的1000余张图片作为训练样本,采用U-Net的语义分割模型为基本网络结构,引入ResNet-50残差结... 详细信息

针对现有图像算法分割单轨列车受电弓滑块精度偏低的问题,提出了一种基于深度学习的单轨受电弓滑块图像分割方法。该方法将单轨受电弓前捕捉到的1000余张图片作为训练样本,采用U-Net的语义分割模型为基本网络结构,引入ResNet-50残差结构来增加每一层编码器的网络深度,降低参数量的同时也提高精度。此外,使用双线性插值来代替转置卷积完成上采样,减少信息损失的同时实现分辨率还原。最后采用数据集增强策略保证网络学习更多的样本特征,增强细节分割效果。对该算法在滑块数集上进行验证,试验结果表明,文中所提算法模型评估的准确率、召回率和平均交并比(MIoU)均超过90%,平均交占比较传统的U-Net方法由0.932提升到了0.959。使用Res-UNet的方法可用于实现滑块图像的轮廓检测,证明其具有较高的精确度和鲁棒性。

关键词：单轨受电弓滑块图像分割 U-Net 轨道车辆

高低温和硬度对电缆附件硅橡胶材料绝缘性能的影响及机理分析

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高压电器 2024年

作者：张帆王景兵齐鹏帅周旭光张连康王家兴魏艳慧李国倡青岛科技大学先进电工材料研究院中车青岛四方车辆研究所有限公司

温度是影响电缆附件绝缘性能的关键因素。文中分析了不同硬度硅橡胶材料的红外光谱和玻璃化转变特性，测试分析了高低温环境-40～+60 ℃下不同硬度电缆附件硅橡胶材料的介电性能、电阻特性和击穿特性；从微观层面，通过计算分析不同温... 详细信息

温度是影响电缆附件绝缘性能的关键因素。文中分析了不同硬度硅橡胶材料的红外光谱和玻璃化转变特性，测试分析了高低温环境-40～+60 ℃下不同硬度电缆附件硅橡胶材料的介电性能、电阻特性和击穿特性；从微观层面，通过计算分析不同温度硅橡胶的自由体积和均方位移等参数，揭示了高低温对硅橡胶材料绝缘性能的影响机理。研究表明，随着温度升高，硬度40 HA硅橡胶相对介电常数从3.66下降到3.22，下降约12% ，相比而言90 HA硅橡胶下降约15%；两者介质损耗角正切值在-40～+60 ℃范围内均基本不变，平均值分别为1.46×10-3和1.57×10-3。这是由于温度的升高，硅橡胶分子均方位移增大，这种无序性运动阻碍了束缚电荷极化过程；此外，白炭黑含量增大会提高硬度90 HA硅橡胶的介电常数。随着温度的升高-40～+60 ℃，硬度40 HA硅橡胶材料体积电阻率从1.24×1017Ω·cm下降到1.14×1015Ω·cm；同一温度下硬度90 HA硅橡胶体积电阻率整体降低约1个量级。这主要与温度引起的载流子浓度、迁移率变化以及白炭黑的含量有关系。随着温度的升高-40～+60 ℃硬度40 HA硅橡胶击穿场强从39.29 kV/mm下降到23.98 kV/mm，下降约39%，同一温度下硬度90 HA的试样击穿强度略有降低。这是由于温度升高硅橡胶自由体积增大，导致电子自由行程变大，自由电子加速获得的能量更多；同时，白炭黑作为杂质引入会导致硅橡胶发生弱点击穿概率增加。该工作对于电缆附件异常分析和性能提升具有指导意义。

关键词：电缆附件硅橡胶高低温硬度

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变流器气动噪声分析与噪声控制研究

声学技术 2024年第2期43卷 253-259页

作者：郝保磊张笑慰许钦华樊刘杨张健陈瑞锋李奇中车青岛四方车辆研究所有限公司山东青岛266031 懿朵信息科技(上海)有限公司上海201108

为控制某型号变流器噪声,文章对该变流器产品开展柜体内气动噪声仿真研究,并与试验结果对标,验证仿真方法可靠性,并协助进一步诊断噪声问题。仿真研究结果表明:机柜内部气动噪声源主要集中在风机附近区域,由风机叶片旋转引起的离散声源... 详细信息

为控制某型号变流器噪声,文章对该变流器产品开展柜体内气动噪声仿真研究,并与试验结果对标,验证仿真方法可靠性,并协助进一步诊断噪声问题。仿真研究结果表明:机柜内部气动噪声源主要集中在风机附近区域,由风机叶片旋转引起的离散声源。风机噪声频谱在叶片通过频率及其他谐频出现明显峰值。文中对不同降噪方案进行仿真分析,对比了不同材料及不同厚度方案的降噪效果,并通过试验进行了验证。结果表明,使用吸声材料方案使出口总声压级降低12.2 dB(A)。仿真分析法的降噪优化量与试验结果相近,该方法可应用于后续新产品的降噪设计。

关键词：变流器气动噪声降噪仿真

适用于直流链式储能的电池簇荷电状态自均衡控制策略

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电力系统自动化 2024年第2期48卷 159-166页

作者：张文昕赵志勇于华龙王继慷赵志芳韩峰北京四方继保自动化股份有限公司北京市100085

电池储能系统凭借其可提高可再生能源消纳能力的优势逐渐成为电网关键环节,其中的生产、使用环节导致的电池不一致性是影响储能系统容量和寿命的重要因素。在直流型高压级联链式储能的拓扑结构基础上采取分级控制策略,基于电压模式和功... 详细信息

电池储能系统凭借其可提高可再生能源消纳能力的优势逐渐成为电网关键环节,其中的生产、使用环节导致的电池不一致性是影响储能系统容量和寿命的重要因素。在直流型高压级联链式储能的拓扑结构基础上采取分级控制策略,基于电压模式和功率模式的一级控制,针对链式电池储能系统电池荷电状态(SOC)不均衡的问题,提出了一种控制参数自适应的SOC自均衡控制策略。该策略综合考虑电池SOC偏差、各模块电容电压水平、直流系统电压控制裕度以及输出调制比上下限,实时计算均衡系数。实验结果验证了所提策略能够在SOC偏差较大以及满功率充放电切换的极端工况下,实现SOC自均衡,均衡效率较高。

关键词：链式变换器变流器电池储能系统荷电状态均衡