西华大学电气与电子信息学院 罗世界 王维博

　　国网四川省电力公司阿坝供电公司 刘勇

　　国网四川省电力公司电力科学研究院 郑永康

　　1 引言

　　高速铁路牵引供电系统是电网的重要用电负荷，也是重要的谐波源。随着高速铁路运营里程的增加、动车组功率的提升以及行车密度的增加，研究高速铁路牵引供电系统对电网的电能质量的影响具有重要意义。为了对高速铁路机车运行对电网谐波的影响这个问题进行深入研究，搭建高速动车组和牵引供电系统模型变得十分重要。早期文献[1]主要将电力机车等效为恒阻抗源、恒电流源或恒功率源，以机车的单一电气特性来表现机车运行，存在一定不合理性，且不能体现机车谐波特性。近几年，文献[2-4]通过建立等效电路，分析机车谐波产生机理，构建了谐波电流源并联等效阻抗的电力机车谐波等效模型并使用编程实现，但理论计算与机车实际谐波特性尚存在一定差距，理论计算结果过于理想化。文献[5-7]通过对机车工作电路进行详细建模，对机车运行及产生谐波进行仿真。鉴于大多电力机车传动系统控制算法复杂，尤其是高速列车，使得建立精确的机车仿真模型比较困难。本文在分析现有文献资料的基础上，建立了简化机车仿真模型，即以有功功率、功率因数、直流侧电压3个控制指标来建立CRH380B型机车简化模型。该模型结构简单，只需要搭建机车的整流器部分与直流环节，便能分析交直交机车正常运行的电压电流情况和机车的谐波特性，这对于研究高速铁路对电网的影响有积极作用。

　　本文采用PSCAD/EMTDC中的模型库建立机车-牵引网-电网牵引负荷联合仿真模型，分析了动车组在稳定运行时AT变压器漏抗、外部电源容量（电网容量）、牵引变压器容量对电网电流谐波的影响。

　　2 牵引供电系统

　　本文所要分析的高速铁路牵引供电系统是由外部电源（电网）、牵引变电所、牵引网、AT自耦变压器和CRH380B型动车组构成。

　　2.1 外部电源（电网）

　　外部电源是由电网引入，为高速铁路系统提供电能。目前高速客运线主要接入220kV，对于电源的额定电压，考虑输电线路的电压降，本文将外部电源的额定电压设为230kV。

　　2.2 牵引变电所

　　牵引变电所的核心是由牵引变压器构成。本文采用V/v接线牵引变压器，通过将两个单相双绕组变压器并联，将外部电源230kV电能变为2×27.5kV输出的电能。

　　2.3 牵引网

　　牵引网为平行多导体传输线，但是导体数目较多，各线空间位置也不尽相同，不易于建模。因此，在建立模型时可根据牵引网空间分布以及导体参数计算出牵引网电气参数，然后利用导线合并方法，将整个牵引网合并为3条平行导体（接触线T、馈线F、钢轨）。本文利用文献[1]的方法将5km单线牵引网线路等效为单位长度的T型电路，然后扩展到任意长度的牵引网线路模型。

　　2.4 AT自耦变压器

　　在AT牵引供电系统中，牵引变电所牵引侧电压为两相27.5kV。牵引网接触线T和正馈线F接在自耦变压器的原边，构成55kV回路，而钢轨与自耦变压器中点连接，接触网与钢轨的电压保持为27.5kV。

　　2.5 电力机车

　　目前，我国电力机车已经逐渐采取交直交变频方式，其基本结构包括整流器、直流环节、逆变器、电机。本文分析了交直交机车稳定运行时机车谐波产生的原理，搭建了CRH380B型交直交机车动力模型（省略了逆变器与电机部分）。机车模型中的动力模块是由电压型四象限变流器组合而成的。

　　机车产生电流谐波频谱分布（基波除外）如图4所示。图2表示的机车含有3、5、7、9等低次谐波，而高次谐波主要集中分布在2倍、4倍于数据中心配电系统谐波治理效果分析"