论文部分内容阅读
[摘 要]目前动车组多采用动力分散控制方式，由一个受电弓通过牵引变压器向多组四象限变流器供电，最终控制多个动车的牵引电机，驱动列车运行。在动车组的设计过程中应充分考虑主断路器分闸、合闸过程中产生的瞬态恢复电压、操作过电压，确保高压牵引部件满足过电压的使用要求；同时为抑制谐波电压，需要对四象限变流器内功率模块开关象角进行控制，降低变流过程中对网侧谐波的干扰，保证高压牵引系统的正常运行。
[关键词]操作过电压 谐波电压 主断路器 四象限变流器 交错控制
中图分类号：F515 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0133-01
0 引言
现在国内高速铁路动车组多采用一个受电弓向多个牵引变压器供电、变压器二次绕组连接多个四象限变流器逆变成直流环节，之后通过电机变流器向牵引电机供电（交-直-交）的驱动方式。动车组的高压系统除满足正常的绝缘配合要求外，应能承受过分相时主断路器分闸、合闸操作不可避免产生的瞬态恢复电压和操作过电压的影响。同时，动车组的牵引系统需要对四象限变流器内变流模块的投入象角进行控制，降低变流过程中产生的谐波电压、抑制变压器及网侧的谐波含量，保证高压牵引系统处于正常运行状态。
1 功能介绍
动车组的高压牵引系统设计除满足正常的绝缘配合要求外，应考虑在通过分相区过程中，主断路器分闸、合闸操作产生的操作过电压。同时牵引系统应对四象限变流器进行控制，抑制变流过程中的谐波电压，降低对高压部件的冲击，保证高压牵引系统的正常运行。下面主要从这两个方面进行简要分析。
1.1 操作过电压分析
在动车组通过分相区时，在主断路器分闸之前尽管牵引手柄已置于0位，牵引系统已经卸载，但主断路器存在瞬态恢复电压，形成了对动车组牵引高压系统的操作过电压。以下图1、2所示为目前典型的2种主断路器部件在分闸过程中（分闸电压29.7kV）产生的瞬态恢复电压，从图可见该电压在几微秒的时间段内均可得到恢复，因此对动车组的高压牵引部件性能几乎没有影响。
尽管主断路器的分闸电压可在瞬间恢复，但由于动车组主回路中主断路器连接的高压电缆较长，内部存在较大感抗，因此在主断路器分闸分程中将产生暂态的操作过电压。根据经验暂态操作过电压的最大峰值仅为50kV左右，持续时间小于1个波头，其远低于目前动车组高压牵引部件要求的绝缘水平，因此对高压牵引系统部件无影响。
但牵引系统设计时应保证过压保护设定值避开此暂态操作过电压，避免误报。如下图3为操作过电压的典型波型；
1.2 谐波过电压分析
目前高速动车组普遍采用动力分散控制方式，每个动车组设置有1个或几个四象限变流器，从牵引变压器的二次绕组供电，将25kV交流电变换为直流环节，为牵引电机及辅助设备供电。
动车组内的諧波含量与四象限变流器的开关频率、牵引变压器的绕组阻抗、滤波设备阻抗和牵引系统谐波控制策略有关。一般情况下1个动力单元内的多个四象限整流设备交错控制即可实现对网侧谐波的控制。但为了最大程度的抑制变压器侧及网侧的谐波，也可将一列动车组多个动力单元或重联动车组所有动力单元的四象限整流设备交错控制，进一步抑制谐波。
1.2.1 动力单元内交错控制
根据高压牵引系统组成部件的阻抗特性及牵引四象限变流器的开关频率，可以计算出采用1个动力单元进行交错控制的控制策略对网侧谐波性能的影响。一般情况，1个动力单元内进行交错控制即可满足相关标准中对网侧谐波含量、等效干扰电流限值和提高网侧功率因数的要求。
但需注意的是，在1个动力单元进行交错控制时，高次谐波并不能得到有效抑制。对于接触网特性较弱、高次谐波控制相对较差的供电区段，可能产生高次谐波共振，产生较高的谐波过电压，有可能对动车组的高压牵引保护产生影响。
1.2.2 多个动力单元内交错控制
多个动力单元交错控制，可以将抑制谐波的频率提升2倍或几倍，因此可以抑制较高阶频率的谐波电压。但应注意的是，1个动力单元内投入的四象限变流器过多，将产生较高的车外高频噪音；同时一个动车组内的多个动力单元之间交错控制将增加动车组的控制复杂程度。这些因素应在动车组的设计过程中综合考虑。
1.2.3 其它因素对谐波的影响
动车组的设计过程中，还应充分考虑各种可能工况下既有谐波控制策略对谐波电压的影响。如：
*动车组在一组或几组动力单元缺失情况下，谐波控制策略对谐波电压的影响；
*对同一型号的多组车组，可采用不同的交错控制起始角，这样多组同型列车同时供电情况下，不同频段的谐波都会得到很好的抑制，避免产生谐振。
*应考虑多个变流器启动过程中，多个四象限变流器开始交错前的谐波抑制策略，避免多个变流器启动过程中由于缺少交错控制产生较高的谐波电压，加重高压牵引系统部件的载荷。
2 结束语
上述介绍了动车组运行过程中可能遇到的操作过电压、谐波过电压。在动车组在设计过程中应充分重视此类问题，避免引起高压牵引系统过负荷或其它闪报故障，影响动车组的正常运行。
[关键词]操作过电压 谐波电压 主断路器 四象限变流器 交错控制
中图分类号：F515 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0133-01
0 引言
现在国内高速铁路动车组多采用一个受电弓向多个牵引变压器供电、变压器二次绕组连接多个四象限变流器逆变成直流环节，之后通过电机变流器向牵引电机供电（交-直-交）的驱动方式。动车组的高压系统除满足正常的绝缘配合要求外，应能承受过分相时主断路器分闸、合闸操作不可避免产生的瞬态恢复电压和操作过电压的影响。同时，动车组的牵引系统需要对四象限变流器内变流模块的投入象角进行控制，降低变流过程中产生的谐波电压、抑制变压器及网侧的谐波含量，保证高压牵引系统处于正常运行状态。
1 功能介绍
动车组的高压牵引系统设计除满足正常的绝缘配合要求外，应考虑在通过分相区过程中，主断路器分闸、合闸操作产生的操作过电压。同时牵引系统应对四象限变流器进行控制，抑制变流过程中的谐波电压，降低对高压部件的冲击，保证高压牵引系统的正常运行。下面主要从这两个方面进行简要分析。
1.1 操作过电压分析
在动车组通过分相区时，在主断路器分闸之前尽管牵引手柄已置于0位，牵引系统已经卸载，但主断路器存在瞬态恢复电压，形成了对动车组牵引高压系统的操作过电压。以下图1、2所示为目前典型的2种主断路器部件在分闸过程中（分闸电压29.7kV）产生的瞬态恢复电压，从图可见该电压在几微秒的时间段内均可得到恢复，因此对动车组的高压牵引部件性能几乎没有影响。
尽管主断路器的分闸电压可在瞬间恢复，但由于动车组主回路中主断路器连接的高压电缆较长，内部存在较大感抗，因此在主断路器分闸分程中将产生暂态的操作过电压。根据经验暂态操作过电压的最大峰值仅为50kV左右，持续时间小于1个波头，其远低于目前动车组高压牵引部件要求的绝缘水平，因此对高压牵引系统部件无影响。
但牵引系统设计时应保证过压保护设定值避开此暂态操作过电压，避免误报。如下图3为操作过电压的典型波型；
1.2 谐波过电压分析
目前高速动车组普遍采用动力分散控制方式，每个动车组设置有1个或几个四象限变流器，从牵引变压器的二次绕组供电，将25kV交流电变换为直流环节，为牵引电机及辅助设备供电。
动车组内的諧波含量与四象限变流器的开关频率、牵引变压器的绕组阻抗、滤波设备阻抗和牵引系统谐波控制策略有关。一般情况下1个动力单元内的多个四象限整流设备交错控制即可实现对网侧谐波的控制。但为了最大程度的抑制变压器侧及网侧的谐波，也可将一列动车组多个动力单元或重联动车组所有动力单元的四象限整流设备交错控制，进一步抑制谐波。
1.2.1 动力单元内交错控制
根据高压牵引系统组成部件的阻抗特性及牵引四象限变流器的开关频率，可以计算出采用1个动力单元进行交错控制的控制策略对网侧谐波性能的影响。一般情况，1个动力单元内进行交错控制即可满足相关标准中对网侧谐波含量、等效干扰电流限值和提高网侧功率因数的要求。
但需注意的是，在1个动力单元进行交错控制时，高次谐波并不能得到有效抑制。对于接触网特性较弱、高次谐波控制相对较差的供电区段，可能产生高次谐波共振，产生较高的谐波过电压，有可能对动车组的高压牵引保护产生影响。
1.2.2 多个动力单元内交错控制
多个动力单元交错控制，可以将抑制谐波的频率提升2倍或几倍，因此可以抑制较高阶频率的谐波电压。但应注意的是，1个动力单元内投入的四象限变流器过多，将产生较高的车外高频噪音；同时一个动车组内的多个动力单元之间交错控制将增加动车组的控制复杂程度。这些因素应在动车组的设计过程中综合考虑。
1.2.3 其它因素对谐波的影响
动车组的设计过程中，还应充分考虑各种可能工况下既有谐波控制策略对谐波电压的影响。如：
*动车组在一组或几组动力单元缺失情况下，谐波控制策略对谐波电压的影响；
*对同一型号的多组车组，可采用不同的交错控制起始角，这样多组同型列车同时供电情况下，不同频段的谐波都会得到很好的抑制，避免产生谐振。
*应考虑多个变流器启动过程中，多个四象限变流器开始交错前的谐波抑制策略，避免多个变流器启动过程中由于缺少交错控制产生较高的谐波电压，加重高压牵引系统部件的载荷。
2 结束语
上述介绍了动车组运行过程中可能遇到的操作过电压、谐波过电压。在动车组在设计过程中应充分重视此类问题，避免引起高压牵引系统过负荷或其它闪报故障，影响动车组的正常运行。