PHiL pantograph testing via FE-based catenary model with absorbing boundaries

Abstract

Dieser Beitrag stellt eine innovative Power-Hardware-in-the-Loop (PHiL)-Entwicklungsplattform für die Prüfung von Stromabnehmern vor. Es wird ein neuartiges echtzeitfähiges Finite-Elemente-Oberleitungsmodell in zugfesten, bewegten Koordinaten in Kombination mit effizienten absorbierenden Randgebieten vorgeschlagen, um die Dynamik der Oberleitung in der Nähe des Stromabnehmerkontaktpunkts genau abzubilden. Die komplexe Fahrleitungsdynamik wird präzise und effizient modelliert, einschließlich nichtlinearer Effekte wie z.B. dem Nachgeben der Hänger, und ein modellprädiktiver Impedanzregler realisiert die Aufgabe, die virtuelle Fahrleitungsdynamik auf einem realen Stromabnehmerprüfstand genau zu emulieren.

This paper presents an innovative power hardware-in-the-loop (PHiL) development platform for railway pantograph testing. A novel real-time-capable finite-element catenary model is proposed in a train-fixed moving-coordinate formulation combined with an efficient absorbing boundary layer to accurately depict railway catenary dynamics in the region around the pantograph contact point. The complex catenary dynamics is accurately and efficiently modeled, including nonlinear effects like dropper slackening, and a model-predictive impedance controller realizes the task of accurately emulating the virtual catenary dynamics on a real-world pantograph test rig.