高速动车组再生制动对电网电能质量的影响

摘 要：随着科技的发展和社会的进步，交通行业也取得了较快的发展，各种新技术、新理念逐渐应用于交通运输行业，并取得了显著的经济效益和社会效益。高速动车组近几年也取得了较快的发展，制动技术逐渐借鉴国内外相关的经验，结合国内铁路实际开展了针对性探索、创新和应用，并取得了良好的应用效果。本文对高速动车组再生制动对电网电能质量的影响进行了分析，并结合实际经验进行了具体模型构建和分析，以供参考和借鉴。

关键词：高速动车组；再生制动；电网电能；质量

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

随着国内高速动车组的逐渐出现和发展，制动技术也不断进行创新，取得了较大成效，目前国内高速动车已经达到350公里时速，并且在更高的速度方向上进行探索，从而更好地保证高速动车组具备安全、科学、可靠、舒适、环保的制动运行系统。

高速动车组功率大、单项整流负荷，因此冲击性大，且具有不对称性。高速动车组运行速度和重量以及功率的配置要求制动系统必须具备良好的制动性能，才能更好地为高速动车组提供动力，进而保证安全稳定运行。由于高速动车组在运行中遇到的路况是不一样的，尤其是面临较大的坡道时，长时间会处于再生制动状态，并且再生制动情况也经常发生在列车驶入车站时，因此研究高速动车组再生制动时对电网低能质量的影响具有科学的实践价值和研究意义。本文主要是以电压型PWM变流器谐波的运行原理和牵引供电系统等效电路的视角，探讨交直交际车模型与牵引供电系统模型的构建，并开展分析研究，从而找到影响因素和解决对策。

高速动车组采用的是交流牵引传动系统，因此使用再生制动技术是主要的运行模式。再生制动是指把牵引电机转化为发电机，从而将列车的动能转化为电能，进而通过接触网进行反馈的运行系统。再生制动技术能够保证列车制动，具有节能性，降低了制动系统的维护频率。首先从模型构建方式进行研究。

1 关于谐波模型的构建

目前国内高速动车组电力牵引传动体系包括整流器、中间直流环节、逆变器三个部分，采用的交-直-交牵引变压变频调速系统，在该模式的运行下四象限变流器是最重要的运行部件，发挥重要的协调支撑功能，具体原理图示可以参考下图。

交直交型机车中间直流环节并联，能够提供较大的电容支持，进而打造二次谐波谐振回路，整流器的输出电压和恒定直流非常接近，逆变器发出的高次谐波在回路传输影响下减弱，反馈到电网的最终只剩下小部分。所以在整个过程中谐波电流的产生主要是依靠整流器的作用。国内目前运用的动车组模型就是根据上述原理进行设计的。所以根据每个机车的四象限变流器情况就可以判断整个机车的谐波规律。

关于高次谐波的影响因素和关联要素，通过相关的统计数据参考和分析可知，主要在载波频率的偶数倍附近，载波和和基波频率都会影响高次谐波的分布，并且还可以得出电网两侧的电流包含两次开关频率附近的而谐波，高次谐波的分布情况也可以直接得出，即主要在：2N ±1，2N ±3，2N ±5等次谐波中分布。CRH2型电力动车组运用单相三电平调制，载波频率为1250赫兹。高次谐波频率在43至55基数等次上分布。

2 负序

下面以系统变化方法对牵引负荷进行分析。将牵引变压器进线电压设置为三相对称，UA是参考向量。并将牵引变压器次边牵引侧设置N个端口。由于涉及到的公式较多，本文不一一概述，根据相关的原理最后得出相关的计算公式：

3 牵引供电系统模型分析

由于高速动车组牵引网采用的是直接供电加回流线方式和自耦变压器供电方式。由于不同的供电方式会影响牵引网的拓扑结构，所以可以将牵引供电系统设置为分段模式，均分构建。

根据上述基础模型和计算公式，可以通过设定一定的仿真条件来进行验证，并得出具体结论。

高速动车组对电网电能质量的影响受到多种因素的制约，需要根据运行原理进行系统分析和研究，才能找到具体的研究对策。但是通过对上述原理的一个个分析和推理可以得知高度动车组再生制动时低次谐波中3-9奇数次谐波含量较高，但是还没有达到国家限制的标准，高次谐波中19、21和50次左右的奇数次谐波含量较高。当在异相负荷状态下，α处于制动工况， β处于牵引工况时的负序最严重，通过最终的测定结论可知，该状况影响最大，但是也在国家标准要求范围之内，所以也是可以进行实施和运行的。

总之想要探究对高速动车组再生制动时电网电能质量的影响，就应该结合实际的电网谐波和负序情况进行计算，并与国家标准限制进行对比分析，才能做出再生制动时电能质量符合国家标准的结论，进而提高科学性分析判断水平。

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作者简介：赵弘扬（1991-），男，江苏灌云人，本科，助理工程师，研究方向：电气工程及其自动化（电动车组）。endprint