24脉波整流器外特性仿真及其在城市轨道交通中的应用

由于 ２ ４脉 波 整 流 系 统 在 减 少
ｌ ３ 次谐 波 ，谐 波含量仍不容 忽视 。
谐 波 方 面 有 很 大 的 优 势 ，所 以 ， 现 当 谐 波 含 量 超 过 规 定 值 后 对 城 市 轨 波 的 国 家 标 准 ，对 各 级 公 用 电 网 ４ 脉 道交通动力 系统和 电网会造 成严重 的 谐 波 电压 和 用 户 诸 如 电 网 的谐 波 在 的城 市 轨 道 交通 系 统 均 采 用 ２
电 ，工 程 上 常 采 用 ２ 台３ 绕 组变 压 器 制 电 路 、 电 力 电 子 器 构成 ２ ４ 脉 波 整流 变压 器 系 统 ，２ ４ 脉 件 驱 动 电路 组 成 （ 图
波整 流 机 组 一般 是 由２ 台１ ２ 脉波 整 流 ２） ， 其 中 谐 波 电 流 机 组 并 联 运 行 ，每 个 ｌ ２ 脉 波整 流 机 检 测 电路 由 电压 电 流
（ １ ） 由于 谐 波 电 流 的存 在 ，对 不 考 虑 非 特 征 次 谐 波 ，而 且 城 市 轨
城市轨道 交通 系统一般 采用整 邻 近 的 通 信 系 统 会产 生 干 扰 ，轻 则 道 交 通 供 电系 统 的谐 波 参 数 比较 复
流 机 组 直 接 向 电动 列 车 供 电 。 建 于 产 生 噪 声 ，影 响 通 信 质 量 ，重 则 导 杂 ，实 时动 态 变 化 也 比较 大 ，很 难
１ 城轨 ２ ４ 脉 波 整 流 机 组 供 电
系统
大 ，尤 其 是 ２ ３ 次 谐 波 ； 同时 网侧 还 响 电气 设备运 行 。 存 在 非 特 征 次 谐 波 ，如 ５ 、７ 、１ １ 、
我 国于 ｌ ９ ９ ３ 年 颁 布 了Ｇ Ｂ ／Ｔ １ ． １ ２ ４ 脉 波 整 流机 组 构 成 １ ４ ５ ４ ９ — １ ９ ９ ３（ （ 电能质 量 公用 电网谐

＋
构成 ３ Ｏ 。的相位差 。 整流变压器的电网侧按延边三角形来接 ，
分别将两 台变压器移相 ＋ ７ － ５ 。和 一７ ． ５ 。 ，形成线电压相 量 １ ５ 。的相位差 ， 然 后经 过全波整流 ， 构成 ２ ４脉波整流系统 。
７ ２
图 １ ２ ４脉波整 流电路图
Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ ＡＳ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ ＥＡ Ｎ ＤＴ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ ＹＩ Ｎ Ｆ ＯＲ ＭＡ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ Ｆ ｅ ｂ ２ ０ １ ７ 中国科技信息 ２ ０ １ ７ 年第 ３ 、４期合
直 流牵 引供 电 ２ ４脉 波整 流
为了减少直流侧 电压波动 ，一般 利用多脉波 整流技术 ， 从最初的六 脉波到现在 的十二脉波和 二十四脉波 ，其 中整流 变压 器不 但 有降 压功 能 ，通过 设计 还可 将三 相 交流 电转 变
为多相交流 电 ，然后提供给 整流器 ，从 而构造多脉波 整流系 统 。目前城市 轨道交通系统 使用的就 是十二脉波整流 系统和 二十 四脉 波整 流系统 ，整流器会给系 统带来谐波 ，对 于一个
‘ ＝ ｓ ｉ １ １ 丢 Ｉ ａ ＝ （ １ ± ∑ ｉ ｃ ｏ ｓ ｎ ｅ ｏ ｔ ） ＿
ｎ ＝ ２ ４ ｋ（ ｋ ＝ １，２，３ …） （ ３） 上式右边首项 为直流分量 ，和 Ｉ ｄ相等 ，其余各项分别 由
为电网阻抗 的存在 ，所产生 的谐 波压 降使 得电网各点 电压产 生 畸变 ，干扰 了电网中其他 设备的 良好运 行 。有源 电力滤波 器 的出现解决了这一问题 ，利用 自换相变流技术 ， 能够对电
ｎ ＝ ２ ４ ｋ（ ｋ － １ ，２ ，３ …） 次谐波电流组成 。通过计算可得出 ，整
流后的总谐波电流均方根值 ， 约是直流侧电流平均值的 ０ ＿ ２ ６ ％。

地铁牵引供电整流机组建模仿真及谐波分析发表时间：2020-07-20T16:11:09.673Z 来源：《当代电力文化》2020年7期作者：于平[导读] 近些年，在我国快速发展下，带动了我国各个行业领域的进步。

摘要：近些年，在我国快速发展下，带动了我国各个行业领域的进步。

牵引供电整流机组是城市轨道交通牵引供电系统的重要组成部分，但其产生的谐波可能会对电网电能质量产生影响。

为分析此问题，使用Matlab/Simulink分别搭建24脉波整流机组和48脉波整流机组的仿真模型，通过基于FFT的电力系统谐波分析方法，分析牵引供电整流机组阀侧和网侧的谐波电压，并对结果进行对比分析，得到了48脉波整流机组较24脉波整流整流机组可以进一步有效减少谐波产生的结论。

关键词：牵引供电；整流机组；谐波引言随着我国城镇化的加快发展，未来城镇规模也不断扩大，轨道交通是解决交通拥堵问题的必然选择。

近年来，我国城市轨道交通建设高速发展，城市轨道交通作为城市交通基础设施建设，具有运量大、速度快、稳定、零污染的优势。

地铁牵引供电系统是城市轨道交通至关重要的组成部分，其担负着为电动机车和各种用电设备提供电能的重要任务。

1地铁的供电系统地铁供电系统的作用是向地铁列车和用电设备提供电能，是地铁的重要组成部分和动力来源。

地铁的供电系统可以分为外部供电系统和内部供电系统。

外部供电系统即地铁的一次高压电源系统，通过主变电所连接城市电网，可采用集中式、分散式和混合式三种方式供电。

地铁的内部供电系统则包含牵引供电系统和动力照明系统。

其中，牵引供电系统是地铁供电系统的核心，由牵引变电所和接触网组成，用于牵引地铁机车;动力照明系统负责给区间、车站内的各类照明设施和动力设备、通信设备及自动化设备提供电能。

地铁供电系统的结构如图1所示。

图1地铁供电系统结构图当前，国内城市地铁大多采用110/35kV的两级电压集中供电方式。

这种供电方式主要由外部电源、主变电所、中压环网、牵引变电所和降压变电所构成。

轨道交通牵引供变电技术
（b） Id Idg
、
0
≥
12
时的上述波形
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从图中线电压曲线uab和 uab 的交点M处开始，由 整流桥RCT1（经D1和D6管）向整流桥RCT2（经和管） 转移负载电流Id时，由于存在平衡电抗器电抗为主 的换相电流（在无平衡电抗器的轴向双分裂四绕组 整流变压器供电的12脉波整流电路中，换相电抗为 变压器的穿越电抗），使换相过程延续时间0 /12， 直到P点才结束，RCT1的负载电流为零。此后一段时 间，全部负载电流由RCT2单独承担。
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（二）12脉波整流电路工作原理与特性
现以图3.27（c）所示的D,d0,y11接线构成两组 并联三相整流桥的十二相脉波整流电路为例进行说 明，设uab、ubc、uca和、、分别表示整流变压器T 二次绕组y接线和d接线两个绕组的三相输出电压， 可知这两组三相线电压依次形成30相移。
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对于轴向双分裂四绕组整流变压器的12脉波整 流电路（不带平衡电抗器）而言，当Id＜Idg时，整 流变压器每相换相电抗产生的漏感电势（反电势） 较小，和带平衡电抗器的整流电路一样，不足以使 两组整流桥并联运行。因此，整流电路进入简单的 十二相推挽工作状态。
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（c）Id
点
Idg
、 0
，过渡
6
时的上述波形
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综合上述 Id ≤Idg 的几种运行工况可知，两组三 相整流桥并联构成的12脉波整流电路，在负载电流 Id ≤Idg 区域内工作时，两组三相整流桥基本上处于 推挽工作状态。此时的主要特点：直流输出电压波 形虽然为12脉波，但电压平均值突升较高（Id接近 空载时）；整流机组效率降低；交直流侧的谐波含 量也要增大，必须尽量降低临界点电流Idg的数值， 将在下面进一步分析。