電力機車牽引變流器諧波功率方向確定

劉琦　張一銘　田尚川

摘? 要： 電力機車牽引變流器在電網中屬于非線性負載，其運行在牽引模式下時，從電網吸收有功功率，運行在制動模式下時，向電網回饋有功功 率，然而對于其諧波功率的方向目前還缺乏足夠的了解，本文將從實際出發(fā)通過測量和計算來確定其諧波功率的方向。

關鍵詞： 牽引變流器;功率方向;諧波功率;基波功率;頻域

引言

隨著電力電子技術的發(fā)展，大功率電力電子器件得到了廣泛的應 用，牽引變流器在軌道車輛中的應用也在不斷地進步與發(fā)展。其作為非 線性負載，一般認為是發(fā)出諧波功率的，這種說法雖符合實際情況，但 不能真正解釋同一電流產生不同方向的諧波有功功率的原因①。本文將 以某型電力機車牽引變流器為例，分別使用功率分析儀和波形記錄儀對 其輸入側電壓電流進行測量，將采集到的數(shù)據進行分析，確定牽引變流 器諧波功率的方向。

1 主回路高壓原理

牽引系統(tǒng)在工作時由牽引變壓器將單相電進行降壓后輸送至牽引變流 器，再經牽引變流器整流成直流電，最后逆變成三相交流電輸送至牽引電 機，其主回路原理圖見圖1。

本文將對圖1中的A 、B點電壓UAB ，B點電流IB都經傳感器后接入儀表 進行測試，由此確定牽引變流器在工作時輸入側的諧波功率方向。

2 功率分析儀測試結果

當牽引變流器運行在牽引額定工況時，使用功率分析儀進行測試，發(fā) 現(xiàn)基波有功功率Pk（1 ）>全波有功功率Pk（total） ，其中Pk（1 ）=1557400W ，Pk（total）=1534200W，各次諧波功率（列舉到20次）測試數(shù)據見表1。

由表1可看出，除基波功率和3次諧波功率外，其余各次諧波功率均 為負值，正是因為其諧波功率出現(xiàn)了負值，才導致了全波功率小于基波功 率，其依據的公式為

根據功率流向法②，如果Pk（n）>0，則認為供電側造成了主要的波形 畸變;如果Pk（n）<0，則認為用戶側造成了主要的波形畸變。因此可判斷， 該牽引變流器額定運行時，總體來說是向電網發(fā)出諧波功率的，其諧波功 率的主要頻次有7次、 9次、 11次、 13次、 15次、 17次、 19次，但也有從電網吸收的部分，如3次諧波功率。

3 波形記錄儀測試結果分析

在功率分析儀采集數(shù)據的同時，使用波形記錄儀對電壓、電流數(shù)據進 行采集記錄，得到時域下的波形數(shù)據。由于波形記錄儀不具備諧波功率計 算功能，需要對采集到的電壓、電流數(shù)據進行傅里葉變換得到其各次諧波 的幅值和相位，此過程可以使用MATLAB軟件來實現(xiàn)，計算出電壓、電流 各次諧波頻域分量。

因為只有同頻率的電壓諧波與電流諧波才能構成平均功率③，所以依 據公式計算各次電壓、電流諧波所對應的諧波功率，其中φ k為第k次諧波電 壓與諧波電流的相角差， Uk和Ik分別為第k次諧波電壓和諧波電流幅值，計 算得出的諧波功率見表2。

表2中的偶次諧波較小，考慮到波形記錄儀的測量精度，可以忽略不 計。除基波外， 3次諧波功率也是由電網發(fā)出的，其余由牽引變流器發(fā)出的 諧波功率主要頻次有7次、 9次、 11次、 13次、 15次、 17次、 19次、 21次。

4 結束語

在忽略測量精度帶來的數(shù)值上的誤差情況下，波形記錄儀和功率分析 儀所測試的結果基本吻合，即在牽引額定工況下，基波有功功率是從電網 流入牽引變流器，諧波功率在總體上看是從牽引變流器流入電網，電網自 身的個別諧波功率會流向牽引變流器?？紤]到諧波對電網的危害，在分析 牽引變流器的諧波功率方向時，不能簡單的判斷為流入或流出，要做出準 確的判斷必須通過儀器測量，功率分析儀和波形記錄儀都是不錯的選擇。

參考文獻：

[1]趙賀，林海雪. 電網中非線性負荷諧波功率方向的確定[J].電網技術，2007，31（17）：47-50.

[2]林永，焦連偉，陳壽孫.功率流向法的適用范圍[A].全國電壓電流等級和頻率 標準化技術委員會.第三屆電能質量（國際）研討會論文集[C].北京：中國標準 出版社，2006.279-285.

[3]邱關源，著. 電路[N].北京：高等教育出版社，2006.

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