地铁车辆电气牵引系统直流侧电流谐波相关分析与研究

崔垚 王宏宇

摘 要：作为地铁车辆电气牵引系统的重要组成部分，直流侧电流谐波目前已经得到广泛应用。基于此，本文以地铁车辆电气牵引系统，直流侧电流谐波的原理为出发点，集中研究了地铁车辆电气牵引系统直流侧电流谐波，所能发挥出的实际作用。以期可以为有关地铁系统人员，能更高效地开展牵引工作提供参考借鉴。

关键词：地铁车辆;电气牵引系统;直流侧电流谐波

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

0 引言

我国地铁车辆的电气牵引系统主要以直流供电为主。其通常情况下采用六车编组的方式，以四动两拖为基本结构。在电力系统的引导下，通过再生制动来形成牵引力，完成牵引操作。

1 地铁车辆电气牵引系统直流侧电流谐波的分析

地铁车辆电气牵引系统直流侧电流谐波往往是不可避免的，由于大部分地铁车辆牵引逆变器采用PWN控制技术，该技术下，逆变电路可进行交流电压和频率的有效控制，但不同强度的电磁作用下，电流谐波必然随着系统工作持续产生，其处理只能从优化的角度着眼，难以实现根本性消除。

PWM（Pulse Width Modulation）控制技术是一种针对脉冲宽度进行调制的技术，获取等效形状和幅值的波形进行分析。该技术下，逆变器系统输出的交流侧电压受到脉冲宽度的影响而出现强度变化，大部分提供给交流牵引电机系统，少部分散失，由于现实工作中很难实现电流全部供应于交流牵引系统的情况，谐波电流在其工作的过程中出现并持续存在。谐波电流的强度受到多个因素的影响，一般认为交流侧电压、电流的总体强度和变化幅值是影响谐波电流的两个核心要素。在牵引逆变器的输出端，谐波电流的强度最大，考虑逆变器的开光装填等因素，工作时间的各项因素，可以获取谐波电流的强度：

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

式中，ix（t）表示固定时间段内的谐波电流，φ1表示牵引电机工作的相位角，g表示谐波产生的次数，在默认三相牵引逆变器的工作中，x代表相位的变化，是一个可变参数。ix（t）的具体数值可以结合系统工作的态势、尝试了解的目标计算获取[1]。

2 地铁车辆电气牵引系统直流侧电流谐波的作用

2.1 牵引逆变器控制

在实际应用中，地铁车辆电气牵引系统通常会利用牵引逆变器控制技术，来完成对自身牵引系统直流侧电流谐波的控制操作。受此影响，地铁车辆电气牵引系统，除了将面临交流牵引电机，在运行时所要使用到的基波电压之外，还需要对其中所包含的谐波电压成分进行控制。利用牵引逆变器控制技术，地铁车辆电气牵引系统能够在不同开关函数的指引下，形成不同的开关状态。这样，地铁车辆电气牵引系统的变频电压，会在系统的交流电压作用下，与牵引电机的定子段形成电流作用。電气牵引系统中的逆变器，会被自身所产生的基波电流所吸引，而产生逆变效应。一般每台地铁车辆机车上都会配置有4台牵引电机，并为其提供VVVF三相电源。每台牵引电机都能与电源形成一个独立的控制系统，产生的电流成分数值为主要受牵引电机相电流基波分量幅值、牵引电机基波电流滞后基波电压的相位角、谐波次数、谐波电流与相应谐波电压的滞后相位角等因素所影响。

2.2 线性滤波控制

为了更好的控制，地铁车辆电气牵引系统直流侧电流谐波。当前地铁系统还使用线性滤波的方式，通过滤波装置不同控制变换，来形成不同幅度的谐波衰减，一般情况下，其衰减程度与滤波装置的参数，及正向电流频率等因素密切相关。除此之外，滤波的控制因素，还会和地铁车辆电气牵引系统直流侧电流谐波的振动衰减幅度有一定关系。同时，其控制模块中，还聚集了8个3300V/800A的IGBT元件，这些元件有着制动三相逆变器三相桥臂的重要作用。元件中的模块能够充分发挥热管散热、温度传感、电源控制、脉冲分配等职能。地铁车辆电气牵引系统直流侧电流谐波，将在这些元件的影响下被进一步模块化和标准化，线路上的散乱电感，会因此而被吸收掉，电路系统中的谐波将变得更加简洁可靠。目前，先进的地铁车辆电气牵引系统，能够依靠这些IGBT元件所引入的自然风，形成好的散热效果，从而使系统变得更加环保和简洁，其实用性也将因此而进一步得到提高，有着广阔的发展潜力。

2.3 仿真验证分量

为了验证地铁车辆电气牵引系统直流侧电流谐波的实际应用效果，技术人员通常会利用仿真验证的方式，来检验其实际工作情况，方式如下：（1）首先，技术人员应利用一台50赫兹的交流电牵引逆变器，向地铁车辆的电机进行供电。通常情况下，这时除了会在测量仪器上发现直流成分之外，还会发现电流存在着明显的低频率谐波成分。技术人员可以将逆变器所输出的VVVF交流电压，对牵引电机进行供应，使逆变器的输入侧出现各种不同成分的谐波电流;（2）这些谐波电流能够达到正常频率的6倍左右。这样大量的谐波电流将不仅会影响到逆变器输入端口，还将对整条馈电线路造成负面影响。为解决这一问题，技术人员在牵引逆变器的输入端口设置线路的低通滤波器，这样可以有效避免出现电流震荡问题和电磁干扰问题，保证地铁车辆能够在电力系统的保障下，安全、顺利、平稳的得到运转[2]。

3 总结

综上所述，本文集中分析研究了，地铁车辆电气牵引系统直流侧电流谐波的相关原理的应用情况，认为其可以通过牵引逆变器控制、线性滤波控制、仿真验证分量等方式，来使牵引系统直流侧电流谐波能够在地铁车辆的实际应用中，充分发挥出其应有作用。希望本文的研究可以为有关地铁系统人员，能为高效地开展牵引工作提供参考借鉴。

参考文献：

[1]郭美莉，王芳.滤波电路在直流稳压电路中的应用[J].电子技术与软件工程，2016（15）：132-133.

[2]左全生.电感滤波电路的研究[J].常州工学院学报，2017，24（06）：34-35+75.