牵引电力电子变压器次谐振现象机理及抑制策略

刘华东，张志学，陈 涛，黄子昊

(1.西南交通大学 电气工程学院，四川 成都 611756；2.中车株洲电力机车研究所有限公司，湖南 株洲 412001)

为了减小高速列车牵引主变压器的重量和体积，提高牵引系统的传输效率和灵活性，多种采用高频变压器HFT(High Frequency Transformer)的拓扑被学者提出[1-5]。这类拓扑的思路是把单相工频高压交流电经过电力电子变换器变为中高频交流电，经过高频变压器进行隔离和降压之后再与牵引逆变器相连。这种采用多电平整流器和高频隔离的新型变换器拓扑，被称为电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)[6-7]，用于轨道交通牵引系统的电力电子变压器(Power Electronic Transformer for Traction，PETT)[8-11]。为了提高效率，PETT多采用级联整流器和LLC谐振变换器结合的拓扑[12]。

由于PETT采用单相整流拓扑结构，直流侧电压中将包含二倍频谐波电压[13-14]；在网侧级联整流器中，由于死区时间和直流侧电压二次脉动等原因，电流中将会产生大量的低次谐波，如3、5、7次等谐波，耦合至直流电压中，将产生大量偶次谐波，如4、6次等谐波电压[15-16]。同时，直流侧电压中还包含大量网侧级联整流器开关频率特征次谐波和LLC谐振变换器开关频率特征次谐波[17]。直流电压这种谐波特性将在网侧整流器和LLC谐振变换器中交叉耦合，直流侧电压中的低次谐波(如100，200 Hz等)和级联整流器开关频率特征次谐波都可能在LLC谐振变换器中发生次谐振现象，将直流侧电压中的低频谐波分量放大，严重影响LLC谐振变换器软开关实现范围，增加谐振变换器的电路损耗。目前尚无文献揭示这种现象的原理，也无文章针对此现象提出相应的系统参数优化设计方法和控制策略。……