高速磁浮列车车载供电系统电磁骚扰分析及预测方法研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hechangying1
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随着高速磁浮系统在世界范围内的逐渐发展与工程化、产业化,高速磁浮系统的电磁兼容研究在磁浮系统建设中的重要性逐渐凸显。作为高速磁浮系统内的重要强电系统,车载供电系统关系到车载设备的用电及稳定运行;而作为负载系统内的电磁骚扰来源,车载供电系统的电磁兼容性也直接影响着乘客安全及列车运行安全。本文基于“国家重点研发计划——高速磁浮交通系统关键技术研究课题:电磁兼容技术研究”,对时速600公里高速磁浮试验样车设计、制造过程中,列车车载供电系统面临的主要电磁骚扰问题进行研究。首先,基于高速磁浮车载供电系统结构及工作原理,对长定子直线同步电机低频辐射骚扰、车载功率变换设备时变电磁骚扰及受电靴—供电轨直流电弧骚扰这几类主要电磁骚扰特性及传播耦合机理进行分析,总结了各类电磁骚扰研究的重点及所需的电磁兼容技术及方法。第二,基于数值仿真的方式对长定子直线同步电机不同工况下对车内低频磁场环境的影响进行分析,并针对无车定子段电磁环境数值仿真效率问题,建立定子段等效源,实现对定子段在不同工况下的低频磁场辐射发射特性的快速分析。第三,针对车载电网内的时变电磁骚扰,提出了一种联合双线性时频分析方法以实现对时变特性的准确定位、追踪;进一步针对试验样车建造过程中的电磁干扰问题,使用提出的联合双线性时频分析方法分析、描述车载电网内的传导骚扰时频特征,定位造成干扰问题的电磁骚扰来源。第四,由于受电靴—供电轨直流电弧骚扰难以避免或被动防护,因此出于电磁骚扰主动防护思想提出一种基于深度学习技术的直流电弧辨识及影响预测方法,通过搭建直流电弧试验平台采集大量电弧骚扰及线路时频域特征数据,建立了直流电弧骚扰辨识及影响预测模型,实现对系统内的电弧骚扰的准确辨识,以及对负载端电磁骚扰特性的实时预测。基于以上研究内容总结本文的主要创新点如下:(1)提出了一种三相电机辐射发射特性等效建模方法,解决数值仿真方法效率低及等效建模方法计算复杂、对不同工况求解能力有限的问题。基于源重构理论及电磁场叠加原理,对电机在各相线缆激励下的辐射发射特性分别进行独立建模,使模型具有分析三相平衡、缺相故障等不同工况下特性的能力;利用神经网络对源重构过程中的复杂逆辐射问题进行拟合,在保证模型精度的同时降低等效建模过程的复杂度。基于该方法建立的长定子直线同步电机等效模型可以保持与数值仿真模型一致的准确性,同时大幅提升分析效率。(2)提出了一种针对高速磁浮列车车载电网时变电磁骚扰特性的时频分析方法,解决现有时频分析方法在对低采样率测量结果进行时频分析时分辨率低、准确性低的问题。基于双线性时频分析方法的高时频分辨率特性,通过自适应最优核函数对双线性时频分析过程中的交叉项干扰进行滤除,利用压缩感知技术对完整时频特征进行重构,实现对高速磁浮列车车载电网内时变电磁骚扰特征的精确描述。(3)提出了对受电靴—供电轨直流电弧骚扰辨识技术及其对线路影响的实时预测技术,实现了对电弧状态的准确辨识及对负载线路状态的实时预测。利用电磁骚扰在时频域的丰富特征,使用卷积神经网络对车载供电系统内电弧骚扰及线路状态的时频特征进行提取,使用长短期记忆网络对各特征的时序相关关系进行拟合,从而实现电弧状态的辨识及负载线路状态的实时预测,为受电靴—供电轨直流电弧骚扰的主动防护研究提供技术基础。以上创新性的研究成果为全面了解时速600公里高速磁浮试验样车车载供电系统的电磁兼容特点提供了技术手段,对优化高速磁浮列车电磁兼容性具有一定的理论价值及指导意义。
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