高速動車組再生制動對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

摘 要：隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，交通行業(yè)也取得了較快的發(fā)展，各種新技術(shù)、新理念逐漸應(yīng)用于交通運(yùn)輸行業(yè)，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。高速動車組近幾年也取得了較快的發(fā)展，制動技術(shù)逐漸借鑒國內(nèi)外相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國內(nèi)鐵路實(shí)際開展了針對性探索、創(chuàng)新和應(yīng)用，并取得了良好的應(yīng)用效果。本文對高速動車組再生制動對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了具體模型構(gòu)建和分析，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：高速動車組；再生制動；電網(wǎng)電能；質(zhì)量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.180

隨著國內(nèi)高速動車組的逐漸出現(xiàn)和發(fā)展，制動技術(shù)也不斷進(jìn)行創(chuàng)新，取得了較大成效，目前國內(nèi)高速動車已經(jīng)達(dá)到350公里時(shí)速，并且在更高的速度方向上進(jìn)行探索，從而更好地保證高速動車組具備安全、科學(xué)、可靠、舒適、環(huán)保的制動運(yùn)行系統(tǒng)。

高速動車組功率大、單項(xiàng)整流負(fù)荷，因此沖擊性大，且具有不對稱性。高速動車組運(yùn)行速度和重量以及功率的配置要求制動系統(tǒng)必須具備良好的制動性能，才能更好地為高速動車組提供動力，進(jìn)而保證安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于高速動車組在運(yùn)行中遇到的路況是不一樣的，尤其是面臨較大的坡道時(shí)，長時(shí)間會處于再生制動狀態(tài)，并且再生制動情況也經(jīng)常發(fā)生在列車駛?cè)胲囌緯r(shí)，因此研究高速動車組再生制動時(shí)對電網(wǎng)低能質(zhì)量的影響具有科學(xué)的實(shí)踐價(jià)值和研究意義。本文主要是以電壓型PWM變流器諧波的運(yùn)行原理和牽引供電系統(tǒng)等效電路的視角，探討交直交際車模型與牽引供電系統(tǒng)模型的構(gòu)建，并開展分析研究，從而找到影響因素和解決對策。

高速動車組采用的是交流牽引傳動系統(tǒng)，因此使用再生制動技術(shù)是主要的運(yùn)行模式。再生制動是指把牽引電機(jī)轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)，從而將列車的動能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而通過接觸網(wǎng)進(jìn)行反饋的運(yùn)行系統(tǒng)。再生制動技術(shù)能夠保證列車制動，具有節(jié)能性，降低了制動系統(tǒng)的維護(hù)頻率。首先從模型構(gòu)建方式進(jìn)行研究。

1 關(guān)于諧波模型的構(gòu)建

目前國內(nèi)高速動車組電力牽引傳動體系包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器三個(gè)部分，采用的交-直-交牽引變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，在該模式的運(yùn)行下四象限變流器是最重要的運(yùn)行部件，發(fā)揮重要的協(xié)調(diào)支撐功能，具體原理圖示可以參考下圖。

交直交型機(jī)車中間直流環(huán)節(jié)并聯(lián)，能夠提供較大的電容支持，進(jìn)而打造二次諧波諧振回路，整流器的輸出電壓和恒定直流非常接近，逆變器發(fā)出的高次諧波在回路傳輸影響下減弱，反饋到電網(wǎng)的最終只剩下小部分。所以在整個(gè)過程中諧波電流的產(chǎn)生主要是依靠整流器的作用。國內(nèi)目前運(yùn)用的動車組模型就是根據(jù)上述原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的。所以根據(jù)每個(gè)機(jī)車的四象限變流器情況就可以判斷整個(gè)機(jī)車的諧波規(guī)律。

關(guān)于高次諧波的影響因素和關(guān)聯(lián)要素，通過相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)參考和分析可知，主要在載波頻率的偶數(shù)倍附近，載波和和基波頻率都會影響高次諧波的分布，并且還可以得出電網(wǎng)兩側(cè)的電流包含兩次開關(guān)頻率附近的而諧波，高次諧波的分布情況也可以直接得出，即主要在：2N ±1，2N ±3，2N ±5等次諧波中分布。CRH2型電力動車組運(yùn)用單相三電平調(diào)制，載波頻率為1250赫茲。高次諧波頻率在43至55基數(shù)等次上分布。

2 負(fù)序

下面以系統(tǒng)變化方法對牽引負(fù)荷進(jìn)行分析。將牽引變壓器進(jìn)線電壓設(shè)置為三相對稱，UA是參考向量。并將牽引變壓器次邊牽引側(cè)設(shè)置N個(gè)端口。由于涉及到的公式較多，本文不一一概述，根據(jù)相關(guān)的原理最后得出相關(guān)的計(jì)算公式：

3 牽引供電系統(tǒng)模型分析

由于高速動車組牽引網(wǎng)采用的是直接供電加回流線方式和自耦變壓器供電方式。由于不同的供電方式會影響牽引網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所以可以將牽引供電系統(tǒng)設(shè)置為分段模式，均分構(gòu)建。

根據(jù)上述基礎(chǔ)模型和計(jì)算公式，可以通過設(shè)定一定的仿真條件來進(jìn)行驗(yàn)證，并得出具體結(jié)論。

高速動車組對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響受到多種因素的制約，需要根據(jù)運(yùn)行原理進(jìn)行系統(tǒng)分析和研究，才能找到具體的研究對策。但是通過對上述原理的一個(gè)個(gè)分析和推理可以得知高度動車組再生制動時(shí)低次諧波中3-9奇數(shù)次諧波含量較高，但是還沒有達(dá)到國家限制的標(biāo)準(zhǔn)，高次諧波中19、21和50次左右的奇數(shù)次諧波含量較高。當(dāng)在異相負(fù)荷狀態(tài)下，α處于制動工況， β處于牽引工況時(shí)的負(fù)序最嚴(yán)重，通過最終的測定結(jié)論可知，該狀況影響最大，但是也在國家標(biāo)準(zhǔn)要求范圍之內(nèi)，所以也是可以進(jìn)行實(shí)施和運(yùn)行的。

總之想要探究對高速動車組再生制動時(shí)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，就應(yīng)該結(jié)合實(shí)際的電網(wǎng)諧波和負(fù)序情況進(jìn)行計(jì)算，并與國家標(biāo)準(zhǔn)限制進(jìn)行對比分析，才能做出再生制動時(shí)電能質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)論，進(jìn)而提高科學(xué)性分析判斷水平。

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作者簡介：趙弘揚(yáng)（1991-），男，江蘇灌云人，本科，助理工程師，研究方向：電氣工程及其自動化（電動車組）。endprint