客运专线牵引供电系统谐波通用模型研究

周晓辉，何俊文，马少坡

0 引言

国内大量采用的交-直电力机车大都采用晶闸管相控整流技术。机车从电网吸收电能，同时在电网中产生大量的谐波，以3次，5次，7次谐波突出。随着电力电子技术的发展，客运专线中引进了交-直-交型电力机车，采用脉宽调制（PWM）整流器，由于功率管的开关频率较高，大大削减3次，5次，7次谐波。但频谱变宽，一直到10 kHz都有可测谐波[1]。另外，现有的交-直-交型电力机车单车功率大，取流大，即使低次谐波含有率低，也会产生较大的谐波电流，引起的谐波电压不容忽视。目前，多数文献关于电牵引负荷谐波对电网的研究论述，忽略了谐波在牵引网中的传播过程。实际上，电网和牵引网并不是孤立的，由于牵引变压器的存在，它们之间有着电磁耦合。

为使设计和运营单位能够了解电牵引负荷对电力系统的影响程度。本文借助现有的仿真平台matlab，通过链式结构将牵引网、电力机车、变电所和电网统一起来进行谐波仿真计算，并与实测数据比较，从而验证所建模型的合理性。

1 系统元件谐波模型

牵引供电系统由外部电源、牵引变电所、牵引网和电力机车等组成。谐波研究的主要目的是计算母线谐波电压电流及总畸变率（THD）等电能指标，而计算结果的精确度由所建模型决定。因此，牵引供电系统元件准确合理的建模，对牵引供电系统谐波仿真是十分重要的。

1.1 外部电源谐波模型[2]

在不考虑电网的背景谐波下，外部电源本身不产生谐波，因此常用电网的短路容量来计算外部电源的等效谐波阻抗。……