西華大學(xué)電氣與電子信息學(xué)院、國(guó)網(wǎng)四川省電力公司阿壩供電公司、國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院的研究人員羅世界、王維博、劉勇、鄭永康，在2017年第2期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，在對(duì)牽引供電系統(tǒng)中交直交機(jī)車運(yùn)行原理分析的基礎(chǔ)上，建立了以有功功率、功率因素、直流側(cè)電壓三個(gè)指標(biāo)作為參考的CRH380B型機(jī)車簡(jiǎn)化模型，并采用PSCAD/EMTDC搭建了電力機(jī)車-牽引網(wǎng)-電網(wǎng)牽引負(fù)荷聯(lián)合仿真模型，通過仿真分析了運(yùn)行參數(shù)AT變壓器漏抗、外部電源容量（電網(wǎng)容量）、牽引變壓器容量對(duì)電網(wǎng)電流諧波的影響。

仿真結(jié)果表明AT變壓器漏抗、牽引變壓器容量對(duì)電網(wǎng)電流諧波有影響較大，而外部電源容量對(duì)電網(wǎng)電流諧波的影響較小。

高速鐵路牽引供電系統(tǒng)作為電網(wǎng)的重要用電負(fù)荷，也是重要的諧波源。隨著高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程的增加，以及動(dòng)車組功率的提升，行車密度的增加，研究高速鐵路牽引供電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量的影響具有重要意義。

為了對(duì)高速鐵路機(jī)車運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)諧波的影響這個(gè)問題進(jìn)行深入研究，搭建高速動(dòng)車組和牽引供電系統(tǒng)模型變得十分重要。早期文獻(xiàn)[1]主要將電力機(jī)車等效為恒阻抗源或恒電流源或恒功率源，以機(jī)車的單一電氣特性來表現(xiàn)機(jī)車運(yùn)行，存在一定不合理性，且不能體現(xiàn)機(jī)車諧波特性。

近幾年，文獻(xiàn)[2-4]通過建立等效電路，分析機(jī)車諧波產(chǎn)生機(jī)理，構(gòu)建了諧波電流源并聯(lián)等效阻抗的電力機(jī)車諧波等效模型并使用編程實(shí)現(xiàn)，但理論計(jì)算與機(jī)車實(shí)際諧波特性尚存在一定差距，理論計(jì)算結(jié)果過于理想化。

而文獻(xiàn)[5-7]通過對(duì)機(jī)車工作電路進(jìn)行詳細(xì)建模，對(duì)機(jī)車運(yùn)行及產(chǎn)生諧波進(jìn)行仿真。但由于大多電力機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)控制算法復(fù)雜，尤其是高速列車，使得建立精確的機(jī)車仿真模型比較困難。

本文在分析現(xiàn)有文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，建立了簡(jiǎn)化機(jī)車仿真模型，即以有功功率、功率因素、直流側(cè)電壓三個(gè)控制指標(biāo)來建立CRH380B型機(jī)車簡(jiǎn)化模型，該模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要搭建機(jī)車的整流器部分與直流環(huán)節(jié)，便能分析交直交機(jī)車正常運(yùn)行的電壓電流情況和機(jī)車的諧波特性，對(duì)于研究高速鐵路對(duì)電網(wǎng)的影響有積極作用。

本文采用PSCAD/EMTDC 中的模型庫(kù)建立機(jī)車-牽引網(wǎng)-電網(wǎng)牽引負(fù)荷聯(lián)合仿真模型，分析了動(dòng)車組在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)AT變壓器漏抗、外部電源容量（電網(wǎng)容量）、牽引變壓器容量對(duì)電網(wǎng)電流諧波的影響。

圖1  電壓型四象限變流器原理圖

結(jié)論

本文利用PSCAD/EMTDC搭建了機(jī)車簡(jiǎn)化模型及電力機(jī)車-牽引網(wǎng)-電網(wǎng)牽引負(fù)荷聯(lián)合仿真模型，分析了CRH380B型動(dòng)車組在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，牽引網(wǎng)供電系統(tǒng)中AT變壓器漏抗、外部電源容量（電網(wǎng)容量）、牽引變壓器容量對(duì)電網(wǎng)電流諧波的影響。通過仿真分析得到以下結(jié)論：

本文搭建的機(jī)車模型，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能較好分析機(jī)車穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的諧波產(chǎn)生，其諧波電流頻譜分布符合理論分析。

AT變壓器漏抗將會(huì)影響電網(wǎng)電流的諧波畸變，且在某個(gè)值時(shí)，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的電流諧波影響將會(huì)降到最低。當(dāng)外部電源短路容量逐步增大時(shí)，電網(wǎng)各相的總諧波畸變率沒有較大變化，說明外部電源短路容量變化對(duì)電網(wǎng)電流諧波畸變影響較小，在設(shè)計(jì)外部電源短路容量參數(shù)時(shí),可以不考慮其對(duì)諧波的影響。牽引變壓器容量越大，電流諧波畸變?cè)叫?，且牽引變壓器容量?duì)空載相的電流諧波畸變影響最為大。

由以上仿真的結(jié)論可知，牽引供電系統(tǒng)中的運(yùn)行參數(shù)AT變壓器漏抗、牽引變壓器容量對(duì)電網(wǎng)諧波的影響較大，為了減小機(jī)車穩(wěn)定負(fù)載時(shí)電網(wǎng)諧波畸變，我們可以對(duì)供電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇更合適的AT變壓器漏抗值、牽引變壓器容量值。