地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)直流側(cè)電流諧波相關(guān)分析與研究

崔垚 王宏宇

摘 要：作為地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)的重要組成部分，直流側(cè)電流諧波目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。基于此，本文以地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)，直流側(cè)電流諧波的原理為出發(fā)點(diǎn)，集中研究了地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)直流側(cè)電流諧波，所能發(fā)揮出的實(shí)際作用。以期可以為有關(guān)地鐵系統(tǒng)人員，能更高效地開展?fàn)恳ぷ魈峁﹨⒖冀梃b。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;電氣牽引系統(tǒng);直流側(cè)電流諧波

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.043

0 引言

我國(guó)地鐵車輛的電氣牽引系統(tǒng)主要以直流供電為主。其通常情況下采用六車編組的方式，以四動(dòng)兩拖為基本結(jié)構(gòu)。在電力系統(tǒng)的引導(dǎo)下，通過再生制動(dòng)來形成牽引力，完成牽引操作。

1 地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)直流側(cè)電流諧波的分析

地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)直流側(cè)電流諧波往往是不可避免的，由于大部分地鐵車輛牽引逆變器采用PWN控制技術(shù)，該技術(shù)下，逆變電路可進(jìn)行交流電壓和頻率的有效控制，但不同強(qiáng)度的電磁作用下，電流諧波必然隨著系統(tǒng)工作持續(xù)產(chǎn)生，其處理只能從優(yōu)化的角度著眼，難以實(shí)現(xiàn)根本性消除。

PWM（Pulse Width Modulation）控制技術(shù)是一種針對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，獲取等效形狀和幅值的波形進(jìn)行分析。該技術(shù)下，逆變器系統(tǒng)輸出的交流側(cè)電壓受到脈沖寬度的影響而出現(xiàn)強(qiáng)度變化，大部分提供給交流牽引電機(jī)系統(tǒng)，少部分散失，由于現(xiàn)實(shí)工作中很難實(shí)現(xiàn)電流全部供應(yīng)于交流牽引系統(tǒng)的情況，諧波電流在其工作的過程中出現(xiàn)并持續(xù)存在。諧波電流的強(qiáng)度受到多個(gè)因素的影響，一般認(rèn)為交流側(cè)電壓、電流的總體強(qiáng)度和變化幅值是影響諧波電流的兩個(gè)核心要素。在牽引逆變器的輸出端，諧波電流的強(qiáng)度最大，考慮逆變器的開光裝填等因素，工作時(shí)間的各項(xiàng)因素，可以獲取諧波電流的強(qiáng)度：

ix（t）=i1sin[ω1t-φ1-（2πx/3）]+Σgig{g[ω1t-（2πx/3）]-φg}

式中，ix（t）表示固定時(shí)間段內(nèi)的諧波電流，φ1表示牽引電機(jī)工作的相位角，g表示諧波產(chǎn)生的次數(shù)，在默認(rèn)三相牽引逆變器的工作中，x代表相位的變化，是一個(gè)可變參數(shù)。ix（t）的具體數(shù)值可以結(jié)合系統(tǒng)工作的態(tài)勢(shì)、嘗試了解的目標(biāo)計(jì)算獲取[1]。

2 地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)直流側(cè)電流諧波的作用

2.1 牽引逆變器控制

在實(shí)際應(yīng)用中，地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)通常會(huì)利用牽引逆變器控制技術(shù)，來完成對(duì)自身牽引系統(tǒng)直流側(cè)電流諧波的控制操作。受此影響，地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)，除了將面臨交流牽引電機(jī)，在運(yùn)行時(shí)所要使用到的基波電壓之外，還需要對(duì)其中所包含的諧波電壓成分進(jìn)行控制。利用牽引逆變器控制技術(shù)，地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)能夠在不同開關(guān)函數(shù)的指引下，形成不同的開關(guān)狀態(tài)。這樣，地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)的變頻電壓，會(huì)在系統(tǒng)的交流電壓作用下，與牽引電機(jī)的定子段形成電流作用。電氣牽引系統(tǒng)中的逆變器，會(huì)被自身所產(chǎn)生的基波電流所吸引，而產(chǎn)生逆變效應(yīng)。一般每臺(tái)地鐵車輛機(jī)車上都會(huì)配置有4臺(tái)牽引電機(jī)，并為其提供VVVF三相電源。每臺(tái)牽引電機(jī)都能與電源形成一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，產(chǎn)生的電流成分?jǐn)?shù)值為主要受牽引電機(jī)相電流基波分量幅值、牽引電機(jī)基波電流滯后基波電壓的相位角、諧波次數(shù)、諧波電流與相應(yīng)諧波電壓的滯后相位角等因素所影響。

2.2 線性濾波控制

為了更好的控制，地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)直流側(cè)電流諧波。當(dāng)前地鐵系統(tǒng)還使用線性濾波的方式，通過濾波裝置不同控制變換，來形成不同幅度的諧波衰減，一般情況下，其衰減程度與濾波裝置的參數(shù)，及正向電流頻率等因素密切相關(guān)。除此之外，濾波的控制因素，還會(huì)和地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)直流側(cè)電流諧波的振動(dòng)衰減幅度有一定關(guān)系。同時(shí)，其控制模塊中，還聚集了8個(gè)3300V/800A的IGBT元件，這些元件有著制動(dòng)三相逆變器三相橋臂的重要作用。元件中的模塊能夠充分發(fā)揮熱管散熱、溫度傳感、電源控制、脈沖分配等職能。地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)直流側(cè)電流諧波，將在這些元件的影響下被進(jìn)一步模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化，線路上的散亂電感，會(huì)因此而被吸收掉，電路系統(tǒng)中的諧波將變得更加簡(jiǎn)潔可靠。目前，先進(jìn)的地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)，能夠依靠這些IGBT元件所引入的自然風(fēng)，形成好的散熱效果，從而使系統(tǒng)變得更加環(huán)保和簡(jiǎn)潔，其實(shí)用性也將因此而進(jìn)一步得到提高，有著廣闊的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.3 仿真驗(yàn)證分量

為了驗(yàn)證地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)直流側(cè)電流諧波的實(shí)際應(yīng)用效果，技術(shù)人員通常會(huì)利用仿真驗(yàn)證的方式，來檢驗(yàn)其實(shí)際工作情況，方式如下：（1）首先，技術(shù)人員應(yīng)利用一臺(tái)50赫茲的交流電牽引逆變器，向地鐵車輛的電機(jī)進(jìn)行供電。通常情況下，這時(shí)除了會(huì)在測(cè)量?jī)x器上發(fā)現(xiàn)直流成分之外，還會(huì)發(fā)現(xiàn)電流存在著明顯的低頻率諧波成分。技術(shù)人員可以將逆變器所輸出的VVVF交流電壓，對(duì)牽引電機(jī)進(jìn)行供應(yīng)，使逆變器的輸入側(cè)出現(xiàn)各種不同成分的諧波電流;（2）這些諧波電流能夠達(dá)到正常頻率的6倍左右。這樣大量的諧波電流將不僅會(huì)影響到逆變器輸入端口，還將對(duì)整條饋電線路造成負(fù)面影響。為解決這一問題，技術(shù)人員在牽引逆變器的輸入端口設(shè)置線路的低通濾波器，這樣可以有效避免出現(xiàn)電流震蕩問題和電磁干擾問題，保證地鐵車輛能夠在電力系統(tǒng)的保障下，安全、順利、平穩(wěn)的得到運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。

3 總結(jié)

綜上所述，本文集中分析研究了，地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)直流側(cè)電流諧波的相關(guān)原理的應(yīng)用情況，認(rèn)為其可以通過牽引逆變器控制、線性濾波控制、仿真驗(yàn)證分量等方式，來使?fàn)恳到y(tǒng)直流側(cè)電流諧波能夠在地鐵車輛的實(shí)際應(yīng)用中，充分發(fā)揮出其應(yīng)有作用。希望本文的研究可以為有關(guān)地鐵系統(tǒng)人員，能為高效地開展?fàn)恳ぷ魈峁﹨⒖冀梃b。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭美莉，王芳.濾波電路在直流穩(wěn)壓電路中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（15）：132-133.

[2]左全生.電感濾波電路的研究[J].常州工學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，24（06）：34-35+75.