地鐵車輛電氣牽引系統直流側電流諧波相關分析與研究

崔垚 王宏宇

摘 要：作為地鐵車輛電氣牽引系統的重要組成部分，直流側電流諧波目前已經得到廣泛應用。基于此，本文以地鐵車輛電氣牽引系統，直流側電流諧波的原理為出發點，集中研究了地鐵車輛電氣牽引系統直流側電流諧波，所能發揮出的實際作用。以期可以為有關地鐵系統人員，能更高效地開展牽引工作提供參考借鑒。

關鍵詞：地鐵車輛;電氣牽引系統;直流側電流諧波

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

0 引言

我國地鐵車輛的電氣牽引系統主要以直流供電為主。其通常情況下采用六車編組的方式，以四動兩拖為基本結構。在電力系統的引導下，通過再生制動來形成牽引力，完成牽引操作。

1 地鐵車輛電氣牽引系統直流側電流諧波的分析

地鐵車輛電氣牽引系統直流側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，該技術下，逆變電路可進行交流電壓和頻率的有效控制，但不同強度的電磁作用下，電流諧波必然隨著系統工作持續產生，其處理只能從優化的角度著眼，難以實現根本性消除。

PWM（Pulse Width Modulation）控制技術是一種針對脈沖寬度進行調制的技術，獲取等效形狀和幅值的波形進行分析。該技術下，逆變器系統輸出的交流側電壓受到脈沖寬度的影響而出現強度變化，大部分提供給交流牽引電機系統，少部分散失，由于現實工作中很難實現電流全部供應于交流牽引系統的情況，諧波電流在其工作的過程中出現并持續存在。諧波電流的強度受到多個因素的影響，一般認為交流側電壓、電流的總體強度和變化幅值是影響諧波電流的兩個核心要素。在牽引逆變器的輸出端，諧波電流的強度最大，考慮逆變器的開光裝填等因素，工作時間的各項因素，可以獲取諧波電流的強度：

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

式中，ix（t）表示固定時間段內的諧波電流，φ1表示牽引電機工作的相位角，g表示諧波產生的次數，在默認三相牽引逆變器的工作中，x代表相位的變化，是一個可變參數。ix（t）的具體數值可以結合系統工作的態勢、嘗試了解的目標計算獲取[1]。

2 地鐵車輛電氣牽引系統直流側電流諧波的作用

2.1 牽引逆變器控制

在實際應用中，地鐵車輛電氣牽引系統通常會利用牽引逆變器控制技術，來完成對自身牽引系統直流側電流諧波的控制操作。受此影響，地鐵車輛電氣牽引系統，除了將面臨交流牽引電機，在運行時所要使用到的基波電壓之外，還需要對其中所包含的諧波電壓成分進行控制。利用牽引逆變器控制技術，地鐵車輛電氣牽引系統能夠在不同開關函數的指引下，形成不同的開關狀態。這樣，地鐵車輛電氣牽引系統的變頻電壓，會在系統的交流電壓作用下，與牽引電機的定子段形成電流作用。電氣牽引系統中的逆變器，會被自身所產生的基波電流所吸引，而產生逆變效應。一般每臺地鐵車輛機車上都會配置有4臺牽引電機，并為其提供VVVF三相電源。每臺牽引電機都能與電源形成一個獨立的控制系統，產生的電流成分數值為主要受牽引電機相電流基波分量幅值、牽引電機基波電流滯后基波電壓的相位角、諧波次數、諧波電流與相應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直流側電流諧波。當前地鐵系統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，及正向電流頻率等因素密切相關。除此之外，濾波的控制因素，還會和地鐵車輛電氣牽引系統直流側電流諧波的振動衰減幅度有一定關系。同時，其控制模塊中，還聚集了8個3300V/800A的IGBT元件，這些元件有著制動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直流側電流諧波，將在這些元件的影響下被進一步模塊化和標準化，線路上的散亂電感，會因此而被吸收掉，電路系統中的諧波將變得更加簡潔可靠。目前，先進的地鐵車輛電氣牽引系統，能夠依靠這些IGBT元件所引入的自然風，形成好的散熱效果，從而使系統變得更加環保和簡潔，其實用性也將因此而進一步得到提高，有著廣闊的發展潛力。

2.3 仿真驗證分量

為了驗證地鐵車輛電氣牽引系統直流側電流諧波的實際應用效果，技術人員通常會利用仿真驗證的方式，來檢驗其實際工作情況，方式如下：（1）首先，技術人員應利用一臺50赫茲的交流電牽引逆變器，向地鐵車輛的電機進行供電。通常情況下，這時除了會在測量儀器上發現直流成分之外，還會發現電流存在著明顯的低頻率諧波成分。技術人員可以將逆變器所輸出的VVVF交流電壓，對牽引電機進行供應，使逆變器的輸入側出現各種不同成分的諧波電流;（2）這些諧波電流能夠達到正常頻率的6倍左右。這樣大量的諧波電流將不僅會影響到逆變器輸入端口，還將對整條饋電線路造成負面影響。為解決這一問題，技術人員在牽引逆變器的輸入端口設置線路的低通濾波器，這樣可以有效避免出現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的保障下，安全、順利、平穩的得到運轉[2]。

3 總結

綜上所述，本文集中分析研究了，地鐵車輛電氣牽引系統直流側電流諧波的相關原理的應用情況，認為其可以通過牽引逆變器控制、線性濾波控制、仿真驗證分量等方式，來使牽引系統直流側電流諧波能夠在地鐵車輛的實際應用中，充分發揮出其應有作用。希望本文的研究可以為有關地鐵系統人員，能為高效地開展牽引工作提供參考借鑒。

參考文獻：

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

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