动车组四象限整流模拟仿真研究

动车组四象限整流模拟仿真研究
摘要：电能作为现代社会的重要能源之一，广泛应用于工农业生产、人民生活、国防科技等各个领域。

随着电力电子技术的发展，大量的非线性负载和各种整流设备被广泛的应用于各行各业，使电网谐波含量大大增加，电能质量下降。

所以，抑制谐波污染、改善供电质量成为迫切需要解决的问题。

本文还利用MATLAB/SIMULINK进行有源单相电源滤波器的仿真，结果表明，该滤波器能够对谐波电流起到了较好的补偿作用，具有较好的动态补偿特性。

关键词：谐波、MATLAB、动态抑制、防护
Simulation Research on four quadrant rectifier of EMU
Liu Tianyu1、Li Shangyu2、Kong Yushu3
Changchun Railway Vehicle Co. Ltd. High Speed Manufacturing Center Changchun 130000
Abstract:
As one of the important energy sources in modern society, electric energy is widely used in industrial and agricultural production, people's life, national defense technology and other fields. With the development of power electronic technology, a large number of nonlinear loads and various rectifiers are widely used in all walks of life, which greatly increases the harmonic content of the power grid and reduces the power quality. Therefore, to suppress harmonic pollution and improve the quality of power supply has become an urgent problem to be solved. In this paper, MATLAB/SIMULINK is used to simulate the APF. The results show that the APF can compensate the harmonic current better and has better dynamic compensation characteristics.
引言
随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用
电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。

它不仅增
加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成
了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行。

国际上公认的谐波含义为：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”。

1原理简述
当电网中的电压或电流波形非理想的正弦波时，即说明其中含有频率高于
50Hz的电压或电流成分，我们将频率高于50Hz的电流或电压成分称之为谐波。

当谐波频率为工频频率的整数倍时，我们将其称之为整数次谐波，这类谐波通常
用次数来表示。

例如：将频率为工频频率5倍（250Hz）的谐波称之为5次谐波，将频率为工频频率7倍（350Hz）的谐波称之为7次谐波，依此类推。

当谐波频
率不是工频频率的整数倍时，我们将其称之为分数谐波。

这类谐波通常直接使用
谐波频率来表示。

图1电压特性图2电流特性
2四象限谐波特性
每组3脉冲整流电路都是独立运行的，多脉冲整流电路的外特性可以按，相
位关系将各3脉冲输出或输入相加，整流控制单元的DSP产生6路高频的PWM脉
冲控制整流侧的6个IGBT的开通和关断。

IGBT的开通和关断与输入电抗器共同
作用产生了与输入电压相位分歧的正弦电流波形，这样就消弭了二极管整流桥产
生的6K±1谐波。

功率因数高达99%。

消弭了对电网的谐波污染。

此时能量从电
网经由整流回路和逆变回路流向电机，变频器工作在第一、第三象限。

输入电压
和输入电流的波形如图1、2所示。

3建立模型
牵引网链式网络模型的建立需要引入串联原件和并联元件，其中串联元件又包括串联阻抗型元件，如串联电容补偿装置抗雷圈等，平行多导体传输线。

并联元件又分为并联阻抗元件，并联补偿装置、无源滤波装置、RC过电压吸收装置、综合接地等。

4谐振现象仿真
负载为谐波源,它产生谐波并消耗无功。

有源电力滤波系统由两大部分组成,即指令电流运算电路和补偿电流产生电路(由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三个部分构成)。

其中, 指令电流运算的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量, 因此有时也称之为谐波和无功电流检测电路。

并联型电力滤波器是根据指令电流运算电流的指令信号产生实际的补偿电流。

在MATLAB中进行电力系统谐波分析，通过建立电力系统产生谐波谐波后建立谐波信号模型。

谐波分析必须要有研究对象，而实际的电网信号采样需要精密的仪器设备和在特定的电力环境下进行，要求比较高。

算法研究通常采用计算机仿真的方法，需要对研究对象进行建模，因此好的模型的建立是研究的前提。

这种仿真方法是基于瞬时无功功率的谐波检测法（InstantaneousReactivePowerTheory）亦称为p-q法，是日本学者Akagi H. 于1984年提出的，其目的是为了解决其研制的并联型有源滤波器谐波与无功功率的快速检测，从而为有源滤波器提供参考的补偿电流。

5仿真结果
通过仿真结果我们绘制了列车所处位置与各次谐振点阻抗模值关系图，通过图标分析得出，4个谐振点：h14(700Hz)，h42(2100Hz)，h71(3550Hz)，
h100(5000Hz)，通过观察这4个谐振点得出，谐振频率不会随着列车的位置不同而变化，同时发现不同谐振点所能达到的最大阻抗模值不同，各谐振点的阻抗模
值随列车位置的不同呈周期性变化，谐振点的阻抗模值变化周期随谐振点频率的
升高而减小，等效电阻值对阻抗特性的影响距变电所45km处阻抗值，变电所和
线路等效电阻值Rss、R0对谐振频率基本没有影响，对谐振时的阻抗值影响较大。

总结
针对动车组四象限整流模拟仿真研究，空间矢量控制在实现中存在的空间矢
量定向、矢量作用时间计算、矢量位置判断等困难, 本文采用直接计算合成参考
电压矢量的方法，大大简化了计算过程,便于数字实现,实验结果验证了控制算法
的科学性。

该方案既使无源元件的体积大大减小、成本降低、电力电子器件本身
的容量也大大降低，同时还可以保证很高的动态调节作用。

参考文献
[1]王兆安、黄俊。

电力电子技术（第4 版）[M].北京：机械工业出版社，2000.
[2]丁道宏. 电力电子技术. 北京：航空工业出版社,1992:10。