高速動車組再生制動對電網電能質量的影響

摘 要：隨著科技的發展和社會的進步，交通行業也取得了較快的發展，各種新技術、新理念逐漸應用于交通運輸行業，并取得了顯著的經濟效益和社會效益。高速動車組近幾年也取得了較快的發展，制動技術逐漸借鑒國內外相關的經驗，結合國內鐵路實際開展了針對性探索、創新和應用，并取得了良好的應用效果。本文對高速動車組再生制動對電網電能質量的影響進行了分析，并結合實際經驗進行了具體模型構建和分析，以供參考和借鑒。

關鍵詞：高速動車組；再生制動；電網電能；質量

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

隨著國內高速動車組的逐漸出現和發展，制動技術也不斷進行創新，取得了較大成效，目前國內高速動車已經達到350公里時速，并且在更高的速度方向上進行探索，從而更好地保證高速動車組具備安全、科學、可靠、舒適、環保的制動運行系統。

高速動車組功率大、單項整流負荷，因此沖擊性大，且具有不對稱性。高速動車組運行速度和重量以及功率的配置要求制動系統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，進而保證安全穩定運行。由于高速動車組在運行中遇到的路況是不一樣的，尤其是面臨較大的坡道時，長時間會處于再生制動狀態，并且再生制動情況也經常發生在列車駛入車站時，因此研究高速動車組再生制動時對電網低能質量的影響具有科學的實踐價值和研究意義。本文主要是以電壓型PWM變流器諧波的運行原理和牽引供電系統等效電路的視角，探討交直交際車模型與牽引供電系統模型的構建，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，因此使用再生制動技術是主要的運行模式。再生制動是指把牽引電機轉化為發電機，從而將列車的動能轉化為電能，進而通過接觸網進行反饋的運行系統。再生制動技術能夠保證列車制動，具有節能性，降低了制動系統的維護頻率。首先從模型構建方式進行研究。

1 關于諧波模型的構建

目前國內高速動車組電力牽引傳動體系包括整流器、中間直流環節、逆變器三個部分，采用的交-直-交牽引變壓變頻調速系統，在該模式的運行下四象限變流器是最重要的運行部件，發揮重要的協調支撐功能，具體原理圖示可以參考下圖。

交直交型機車中間直流環節并聯，能夠提供較大的電容支持，進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，逆變器發出的高次諧波在回路傳輸影響下減弱，反饋到電網的最終只剩下小部分。所以在整個過程中諧波電流的產生主要是依靠整流器的作用。國內目前運用的動車組模型就是根據上述原理進行設計的。所以根據每個機車的四象限變流器情況就可以判斷整個機車的諧波規律。

關于高次諧波的影響因素和關聯要素，通過相關的統計數據參考和分析可知，主要在載波頻率的偶數倍附近，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兩側的電流包含兩次開關頻率附近的而諧波，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型電力動車組運用單相三電平調制，載波頻率為1250赫茲。高次諧波頻率在43至55基數等次上分布。

2 負序

下面以系統變化方法對牽引負荷進行分析。將牽引變壓器進線電壓設置為三相對稱，UA是參考向量。并將牽引變壓器次邊牽引側設置N個端口。由于涉及到的公式較多，本文不一一概述，根據相關的原理最后得出相關的計算公式：

3 牽引供電系統模型分析

由于高速動車組牽引網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的拓撲結構，所以可以將牽引供電系統設置為分段模式，均分構建。

根據上述基礎模型和計算公式，可以通過設定一定的仿真條件來進行驗證，并得出具體結論。

高速動車組對電網電能質量的影響受到多種因素的制約，需要根據運行原理進行系統分析和研究，才能找到具體的研究對策。但是通過對上述原理的一個個分析和推理可以得知高度動車組再生制動時低次諧波中3-9奇數次諧波含量較高，但是還沒有達到國家限制的標準，高次諧波中19、21和50次左右的奇數次諧波含量較高。當在異相負荷狀態下，α處于制動工況， β處于牽引工況時的負序最嚴重，通過最終的測定結論可知，該狀況影響最大，但是也在國家標準要求范圍之內，所以也是可以進行實施和運行的。

總之想要探究對高速動車組再生制動時電網電能質量的影響，就應該結合實際的電網諧波和負序情況進行計算，并與國家標準限制進行對比分析，才能做出再生制動時電能質量符合國家標準的結論，進而提高科學性分析判斷水平。

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作者簡介：趙弘揚（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