高速牵引供电系统建模及其运行参数对电网谐波的影响
西华大学电气与电子信息学院、国网四川省电力公司阿坝供电公司、国网四川省电力公司电力科学研究院的研究人员罗世界、王维博、刘勇、郑永康，在2017年第2期《电气技术》杂志上撰文，在对牵引供电系统中交直交机车运行原理分析的基础上，建立了以有功功率、功率因素、直流侧电压三个指标作为参考的CRH380B型机车简化模型，并采用PSCAD/EMTDC搭建了电力机车-牵引网-电网牵引负荷联合仿真模型，通过仿真分析了运行参数AT变压器漏抗、外部电源容量（电网容量）、牵引变压器容量对电网电流谐波的影响。
仿真结果表明AT变压器漏抗、牵引变压器容量对电网电流谐波有影响较大，而外部电源容量对电网电流谐波的影响较小。
高速铁路牵引供电系统作为电网的重要用电负荷，也是重要的谐波源。随着高速铁路运营里程的增加，以及动车组功率的提升，行车密度的增加，研究高速铁路牵引供电系统对电网的电能质量的影响具有重要意义。
为了对高速铁路机车运行对电网谐波的影响这个问题进行深入研究，搭建高速动车组和牵引供电系统模型变得十分重要。早期文献[1]主要将电力机车等效为恒阻抗源或恒电流源或恒功率源，以机车的单一电气特性来表现机车运行，存在一定不合理性，且不能体现机车谐波特性。
近几年，文献[2-4]通过建立等效电路，分析机车谐波产生机理，构建了谐波电流源并联等效阻抗的电力机车谐波等效模型并使用编程实现，但理论计算与机车实际谐波特性尚存在一定差距，理论计算结果过于理想化。
而文献[5-7]通过对机车工作电路进行详细建模，对机车运行及产生谐波进行仿真。但由于大多电力机车传动系统控制算法复杂，尤其是高速列车，使得建立精确的机车仿真模型比较困难。
本文在分析现有文献资料的基础上，建立了简化机车仿真模型，即以有功功率、功率因素、直流侧电压三个控制指标来建立CRH380B型机车简化模型，该模型结构简单，只需要搭建机车的整流器部分与直流环节，便能分析交直交机车正常运行的电压电流情况和机车的谐波特性，对于研究高速铁路对电网的影响有积极作用。
本文采用PSCAD/EMTDC 中的模型库建立机车-牵引网-电网牵引负荷联合仿真模型，分析了动车组在稳定运行时AT变压器漏抗、外部电源容量（电网容量）、牵引变压器容量对电网电流谐波的影响。
图1 电压型四象限变流器原理图
结论
本文利用PSCAD/EMTDC搭建了机车简化模型及电力机车-牵引网-电网牵引负荷联合仿真模型，分析了CRH380B型动车组在稳定运行时，牵引网供电系统中AT变压器漏抗、外部电源容量（电网容量）、牵引变压器容量对电网电流谐波的影响。通过仿真分析得到以下结论：
本文搭建的机车模型，结构简单，能较好分析机车稳定运行时的谐波产生，其谐波电流频谱分布符合理论分析。
AT变压器漏抗将会影响电网电流的谐波畸变，且在某个值时，对整个电网的电流谐波影响将会降到最低。当外部电源短路容量逐步增大时，电网各相的总谐波畸变率没有较大变化，说明外部电源短路容量变化对电网电流谐波畸变影响较小，在设计外部电源短路容量参数时,可以不考虑其对谐波的影响。牵引变压器容量越大，电流谐波畸变越小，且牵引变压器容量对空载相的电流谐波畸变影响最为大。
由以上仿真的结论可知，牵引供电系统中的运行参数AT变压器漏抗、牵引变压器容量对电网谐波的影响较大，为了减小机车稳定负载时电网谐波畸变，我们可以对供电系统的运行参数进行优化设计，选择更合适的AT变压器漏抗值、牵引变压器容量值。