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【摘 要】本文对牵引网发生谐波谐振的影响因素进行了总结。并在实际牵引供电系统参数的基础上，对牵引供电网的谐波电流谐振进行了仿真，得出了牵引网长度、牵引负荷位置不同对谐波电流放大的影响情况。最后提出了抑制谐波电流放大的工程化建议。
【关键词】动车；动车组车网；谐波共振
0 引言
近年来，我国电气化高速铁路的建设进入了飞速发展阶段，动车组是高速铁路的核心装备，牵引供电系统是动车组的能量传输系统，动车组与牵引供电系统形成复杂的电气接口关系。动车组与牵引供电系统之间的接口关系优化匹配是保障高速铁路安全、稳定运行的重要技术问题。
牵引供电接触网（简称：“牵引网”）是一种多导体单相输电线路，其电气参数具有连续分布的特点，其主要运行交流传动动车组，属于单相非线性负荷，因此不可避免的产生大量高次谐波。这将对牵引供电系统自身设备的安全运行产生危害，同时还会影响到整个系统的电能质量。
1.牵引网谐振机理
牵引供电系统的输电网络是一个含有许多电感、电容元件的系统网络，而对于一个含有电感、电容元件的系统网络，我们总可以获得该网络的阻抗随频率的变化关系，即网络的阻抗频率函数。谐振点是含有电感和电容元件的系统网络的固有特性，也即系统网络阻抗频率函数的固有特性。
任何含有电感、电容元件的系统网络都存在谐振点，但存在谐振点并不一定发生谐振，是否引发谐振取决于谐波源向该网络中注入的谐波频率是否恰好满足该网络发生谐振所需的条件。牵引电网是一个由电感和电容组合而成的非常复杂的多网孔网络，动车组作为运动型负载，在运动过程中会使牵引电网系统参数不断变化。于是在不同的频率和动车运动的不同位置，牵引电网会呈现不同的阻抗性质和数值，当谐波源注入系统的谐波频率等于网络谐振频率，或两者接近相等时，便会激励该网络产生谐波谐振。
2.车网谐波放大机理
当动车组向牵引网注入谐波电流时，某些次数的谐波电流将会激励牵引网发生谐振，谐波电流放大即为谐振的一种表现形式，它将引起牵引网设备的绝缘损坏以及保护误动等问题。
影响牵引供电系统谐波谐振点的主要因素有牵引网的单位长阻抗和导纳、牵引网长度、动车位置、牵引变电所等值阻抗，当动车向牵引网注入的谐波频率等于或接近于牵引网的谐振点时就可能引起系统发生谐振。谐振发生的条件与线路长路无关，动车离牵引变电所越远，谐波电流的放大倍数越大。动车注入谐波电流在牵引网上的传输特性和谐振频率主要受牵引网长度、系统阻抗（包括电源阻抗和牵引变压器阻抗）、牵引网分布参数、动车位置等的影响。当动车向牵引网注入的谐波频率等于或接近于牵引网的谐振频率时谐波放大明显和发生谐振。
3.工程化建议
分别建立牵引供电系统-动车系统谐波谐振仿真模型，通过获得动车在不同位置时的车网系统谐波阻抗频率特性，来研究车网系统的谐波谐振分布特性。
3.1阻抗频率特性
动车运行于不同位置时对牵引网络进行阻抗频率扫描，分别得到牵引网末端（30km）、牵引网中段（15km）、牵引网首端（0km）处的阻抗频率特性，动车位于不同位置时阻抗均出现极大值，且频率均为在频率1450Hz，此时牵引网发生并联谐振，三个位置的阻抗值分别为6081Ω、4919Ω和2329Ω。
由此看出牵引网并联谐振频率是其固有特性，与动车所在牵引网位置无关，动车位置仅影响并联谐振点的阻抗大小，越接近变电所的位置，并联谐振点处的阻抗值越小。
3.2牵引网谐波电流放大和谐波电压
交直交动车电流中含有丰富的高次谐波，分析其在牽引网末端（30km）注入高次谐波电流时牵引网电压电流情况。由于变电所出口处电压为55kV，动车受电弓处电压为27.5kV，因此变电所出口处电流有效值是动车电流一半。
牵引供电系统发生明显的谐振现象。动车网侧电流畸变率为6.71%到达牵引网出口处时，达到25.69%。动车网侧电流畸变率为6.71%到达牵引网出口处时，达到25.69%。可以看出由于谐振现象的发生，动车电流沿牵引网传输时，到达变电所出口处时已经发生严重畸变；位于17-35次谐波电流均发生了不同程度的放大，频率越接近谐振点所引起的谐波放大越严重，其中谐振点处的29次谐波电流放大最为严重，放大倍数达到了62倍，其含量高达24.5%，是造成电流严重畸变的最主要因素。
3.3牵引网长度的影响
分析不同长度下牵引供电系统阻抗频率特性，牵引网长度分别为20km，30km，40km，三种情况下牵引供电系统阻抗分别为6238Ω、6081Ω和5718Ω，谐振频率分别为1870Hz、1450Hz和1194Hz。表明牵引网的长度越长，牵引网的谐振频率越低。这是因为牵引网分布电容与系统电抗发生谐振，在同样结构的牵引网条件下，牵引网长度越长，并联分布电容值则越大，牵引网谐振频率则越低。
3.4抑制措施
为了应对高次谐波共振，可从几个个方面着手，一、改善动车组的谐波含量；二、避免动车组高次谐波电流频率与牵引网谐振频率重叠；三、改变牵引网本身的谐振频率，避免与动车特征谐波电流重合。就目前动车组技术而言，高次谐波电流的含量已经很小，改善的空间十分有限，因此不建议从动车组本身而言去治理高次谐波，应从牵引供电系统方面来解决高次谐波共振问题。
为了抑制谐波电流放大，减小高次谐波谐振过电压，需要改变车网系统的谐波阻抗频率特性，使得系统的谐振点尽可能地躲开动车网侧主要次数谐波电流或者降低谐振点的谐波阻抗。主要措施是在牵引网供电臂首端或末端安装谐波谐振抑制装置。
4.结论
本文对牵引网发生谐波谐振的影响因素进行了总结，对牵引供电网的谐波电流谐振进行了仿真，得出结论如下：
牵引网谐振频率与动车组位置无关，而与牵引网长度和单位长度牵引网阻抗有关；牵引网长度越长，产生谐振的频率会越低；在牵引网长度不变情况下，动车组距离变电所越近谐波放大倍数越小。
参考文献：
[1]王晓辉.动车组收到谐波干扰信号解决方案的探讨[J].铁道通信信号，2013（07）：7-9.
[2]裴春兴，康洪军.动车组谐波抑制技术研究[J].铁道车辆，2012（05）：18-21.
【关键词】动车；动车组车网；谐波共振
0 引言
近年来，我国电气化高速铁路的建设进入了飞速发展阶段，动车组是高速铁路的核心装备，牵引供电系统是动车组的能量传输系统，动车组与牵引供电系统形成复杂的电气接口关系。动车组与牵引供电系统之间的接口关系优化匹配是保障高速铁路安全、稳定运行的重要技术问题。
牵引供电接触网（简称：“牵引网”）是一种多导体单相输电线路，其电气参数具有连续分布的特点，其主要运行交流传动动车组，属于单相非线性负荷，因此不可避免的产生大量高次谐波。这将对牵引供电系统自身设备的安全运行产生危害，同时还会影响到整个系统的电能质量。
1.牵引网谐振机理
牵引供电系统的输电网络是一个含有许多电感、电容元件的系统网络，而对于一个含有电感、电容元件的系统网络，我们总可以获得该网络的阻抗随频率的变化关系，即网络的阻抗频率函数。谐振点是含有电感和电容元件的系统网络的固有特性，也即系统网络阻抗频率函数的固有特性。
任何含有电感、电容元件的系统网络都存在谐振点，但存在谐振点并不一定发生谐振，是否引发谐振取决于谐波源向该网络中注入的谐波频率是否恰好满足该网络发生谐振所需的条件。牵引电网是一个由电感和电容组合而成的非常复杂的多网孔网络，动车组作为运动型负载，在运动过程中会使牵引电网系统参数不断变化。于是在不同的频率和动车运动的不同位置，牵引电网会呈现不同的阻抗性质和数值，当谐波源注入系统的谐波频率等于网络谐振频率，或两者接近相等时，便会激励该网络产生谐波谐振。
2.车网谐波放大机理
当动车组向牵引网注入谐波电流时，某些次数的谐波电流将会激励牵引网发生谐振，谐波电流放大即为谐振的一种表现形式，它将引起牵引网设备的绝缘损坏以及保护误动等问题。
影响牵引供电系统谐波谐振点的主要因素有牵引网的单位长阻抗和导纳、牵引网长度、动车位置、牵引变电所等值阻抗，当动车向牵引网注入的谐波频率等于或接近于牵引网的谐振点时就可能引起系统发生谐振。谐振发生的条件与线路长路无关，动车离牵引变电所越远，谐波电流的放大倍数越大。动车注入谐波电流在牵引网上的传输特性和谐振频率主要受牵引网长度、系统阻抗（包括电源阻抗和牵引变压器阻抗）、牵引网分布参数、动车位置等的影响。当动车向牵引网注入的谐波频率等于或接近于牵引网的谐振频率时谐波放大明显和发生谐振。
3.工程化建议
分别建立牵引供电系统-动车系统谐波谐振仿真模型，通过获得动车在不同位置时的车网系统谐波阻抗频率特性，来研究车网系统的谐波谐振分布特性。
3.1阻抗频率特性
动车运行于不同位置时对牵引网络进行阻抗频率扫描，分别得到牵引网末端（30km）、牵引网中段（15km）、牵引网首端（0km）处的阻抗频率特性，动车位于不同位置时阻抗均出现极大值，且频率均为在频率1450Hz，此时牵引网发生并联谐振，三个位置的阻抗值分别为6081Ω、4919Ω和2329Ω。
由此看出牵引网并联谐振频率是其固有特性，与动车所在牵引网位置无关，动车位置仅影响并联谐振点的阻抗大小，越接近变电所的位置，并联谐振点处的阻抗值越小。
3.2牵引网谐波电流放大和谐波电压
交直交动车电流中含有丰富的高次谐波，分析其在牽引网末端（30km）注入高次谐波电流时牵引网电压电流情况。由于变电所出口处电压为55kV，动车受电弓处电压为27.5kV，因此变电所出口处电流有效值是动车电流一半。
牵引供电系统发生明显的谐振现象。动车网侧电流畸变率为6.71%到达牵引网出口处时，达到25.69%。动车网侧电流畸变率为6.71%到达牵引网出口处时，达到25.69%。可以看出由于谐振现象的发生，动车电流沿牵引网传输时，到达变电所出口处时已经发生严重畸变；位于17-35次谐波电流均发生了不同程度的放大，频率越接近谐振点所引起的谐波放大越严重，其中谐振点处的29次谐波电流放大最为严重，放大倍数达到了62倍，其含量高达24.5%，是造成电流严重畸变的最主要因素。
3.3牵引网长度的影响
分析不同长度下牵引供电系统阻抗频率特性，牵引网长度分别为20km，30km，40km，三种情况下牵引供电系统阻抗分别为6238Ω、6081Ω和5718Ω，谐振频率分别为1870Hz、1450Hz和1194Hz。表明牵引网的长度越长，牵引网的谐振频率越低。这是因为牵引网分布电容与系统电抗发生谐振，在同样结构的牵引网条件下，牵引网长度越长，并联分布电容值则越大，牵引网谐振频率则越低。
3.4抑制措施
为了应对高次谐波共振，可从几个个方面着手，一、改善动车组的谐波含量；二、避免动车组高次谐波电流频率与牵引网谐振频率重叠；三、改变牵引网本身的谐振频率，避免与动车特征谐波电流重合。就目前动车组技术而言，高次谐波电流的含量已经很小，改善的空间十分有限，因此不建议从动车组本身而言去治理高次谐波，应从牵引供电系统方面来解决高次谐波共振问题。
为了抑制谐波电流放大，减小高次谐波谐振过电压，需要改变车网系统的谐波阻抗频率特性，使得系统的谐振点尽可能地躲开动车网侧主要次数谐波电流或者降低谐振点的谐波阻抗。主要措施是在牵引网供电臂首端或末端安装谐波谐振抑制装置。
4.结论
本文对牵引网发生谐波谐振的影响因素进行了总结，对牵引供电网的谐波电流谐振进行了仿真，得出结论如下：
牵引网谐振频率与动车组位置无关，而与牵引网长度和单位长度牵引网阻抗有关；牵引网长度越长，产生谐振的频率会越低；在牵引网长度不变情况下，动车组距离变电所越近谐波放大倍数越小。
参考文献：
[1]王晓辉.动车组收到谐波干扰信号解决方案的探讨[J].铁道通信信号，2013（07）：7-9.
[2]裴春兴，康洪军.动车组谐波抑制技术研究[J].铁道车辆，2012（05）：18-21.