朱琴躍，王俊哲，劉愛(ài)雷

同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海 201804

CRH1與CRH2動(dòng)車組牽引變流器性能比較與優(yōu)化

朱琴躍，王俊哲，劉愛(ài)雷

同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海 201804

1 引言

動(dòng)車組是固定編組、動(dòng)力分散、配備現(xiàn)代化服務(wù)設(shè)施的旅客列車單元，具有高速、平穩(wěn)、舒適、節(jié)能等特點(diǎn)。我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始對(duì)動(dòng)車技術(shù)開(kāi)展研究，在引進(jìn)、消化和吸收國(guó)外動(dòng)車先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，借鑒動(dòng)車技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，迄今為止已自主研發(fā)、設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了CRH1、CRH2、CRH3和CRH5四大系列高速動(dòng)車組。作為時(shí)下國(guó)內(nèi)使用率最高的CRH1和CRH2型動(dòng)車組，其原型車分別是瑞典龐巴迪公司的Regina C2008和日本新干線E2-1000，多年來(lái)關(guān)于其關(guān)鍵部件及核心技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化研究一直廣受關(guān)注。目前高速動(dòng)車組的電力牽引方式為交-直-交傳動(dòng)，其牽引變流器主要包括網(wǎng)側(cè)變流器（LCM）、中間直流環(huán)節(jié)和電機(jī)側(cè)變流器（MCM）[1]，這三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)能量傳遞與轉(zhuǎn)換的核心部件。

為此，本文以CRH1A和CRH2A型動(dòng)車組的關(guān)鍵部件-牽引變流器為研究對(duì)象，對(duì)兩種車型牽引變流器主電路及其控制策略分別進(jìn)行仿真研究。通過(guò)比較分析兩種主電路結(jié)構(gòu)及其控制策略對(duì)各自變流系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)電氣性能影響的差異，同時(shí)結(jié)合對(duì)相應(yīng)優(yōu)化控制方法的仿真研究，提出相應(yīng)的結(jié)論，以期為今后CRH1、CRH2等動(dòng)車組牽引變流器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供一定的建議和指導(dǎo)。

2 CRH1A和CRH2A牽引變流器概述

CRH1A和CRH2A動(dòng)車組的牽引變流器整體結(jié)構(gòu)相似，但主電路拓?fù)浼捌鋵?duì)應(yīng)的控制策略又有很大差異。

2.1 CRH1A和CRH2A動(dòng)車組牽引變流器對(duì)比

我國(guó)鐵路供電網(wǎng)為25 kV/50 Hz的單相交流電，CRH1A動(dòng)車組牽引變流器采用兩重兩電平四象限脈沖整流器，將主變壓器二次側(cè)900 V交流電變?yōu)? 650 V直流電，再經(jīng)過(guò)兩電平三相逆變器變?yōu)榭烧{(diào)壓調(diào)頻的三相交流電；而CRH2A動(dòng)車組牽引變流器采用三電平四象限脈沖整流器，將1 500 V交流電轉(zhuǎn)換為3 000 V直流電后，經(jīng)過(guò)二極管鉗位式三電平三相逆變器變?yōu)榭烧{(diào)壓調(diào)頻的三相交流電。兩種牽引變流器結(jié)構(gòu)和電氣參數(shù)對(duì)比如表1和表2所示。

表1 兩種牽引變流器結(jié)構(gòu)對(duì)比

表2 兩種牽引變流器電氣參數(shù)對(duì)比

2.2 CRH1A和CRH2A型動(dòng)車組牽引變流器優(yōu)缺點(diǎn)比較

2.2.1 網(wǎng)側(cè)變流器

CRH1A動(dòng)車組網(wǎng)側(cè)變流器采用兩重四象限脈沖整流器[2]，由兩臺(tái)二電平四象限整流器并聯(lián)而成，其載波錯(cuò)開(kāi)一定角度，整車五臺(tái)網(wǎng)側(cè)變流器的觸發(fā)脈沖也依次相移一定角度，一方面抵消輸入變流器的高次電流諧波，減小輸出脈動(dòng)；另一方面一臺(tái)變流器失效時(shí)系統(tǒng)可繼續(xù)運(yùn)行，提高行車可靠性。但由于變流器為兩電平，存在系統(tǒng)容差，低次諧波難以濾除，網(wǎng)側(cè)必須設(shè)有諧波吸收環(huán)節(jié)以降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊性破壞，此外如果整車網(wǎng)側(cè)變流器因故障部分切除運(yùn)行，其高次諧波抑制能力也會(huì)大幅下降。

CRH2A動(dòng)車組網(wǎng)側(cè)變流器為三電平四象限脈沖整流器[3]，采用載波移相調(diào)制，網(wǎng)側(cè)電流波形更接近于正弦波，輸出諧波能量小；功率管個(gè)數(shù)增加一倍，其耐壓能力也相應(yīng)增強(qiáng)，輸出效率高，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)幾乎為1。缺點(diǎn)在于其控制方式較為繁瑣、主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、存在中點(diǎn)電壓不平衡等問(wèn)題。

2.2.2 中間直流環(huán)節(jié)

CRH1A動(dòng)車組的中間直流環(huán)節(jié)包括由4個(gè)電容和1個(gè)電感串聯(lián)而成的二次諧波濾波電路，用以平衡脈沖整流器輸出電流的2倍網(wǎng)頻脈動(dòng)能量，提高輸出直流電能的品質(zhì)。除此之外還包括支撐電容、預(yù)充電電路和再生泄放回路等電路，與CRH2A的中間直流環(huán)節(jié)相似。不同的是，CRH2A動(dòng)車組的中間直流環(huán)節(jié)沒(méi)有二次諧波濾波電路，通過(guò)調(diào)整脈沖整流器的控制策略和設(shè)定適當(dāng)?shù)闹坞娙輩?shù)來(lái)消除低次諧波，節(jié)省了車載設(shè)備的占用空間，減小列車故障檢測(cè)和設(shè)備維護(hù)的規(guī)模[4]。

2.2.3 電機(jī)側(cè)變流器

CRH1A動(dòng)車組電機(jī)側(cè)變流器為兩電平三相逆變器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)變壓變頻控制（VVVF），進(jìn)而調(diào)節(jié)負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。再生制動(dòng)時(shí)又可將電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電整流后逆向傳遞給直流環(huán)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)功率回饋給電網(wǎng)。其缺點(diǎn)在于輸出電壓為兩電平，脈動(dòng)較大，諧波含量高，負(fù)載電流的正弦度較差，負(fù)載發(fā)生變化時(shí)對(duì)網(wǎng)側(cè)電能影響更大。

CRH2A動(dòng)車組電機(jī)側(cè)變流器為三電平三相逆變器，輸出電壓為三電平，電能脈動(dòng)小，基波能量高，負(fù)載電流正弦度好，輸出電能受負(fù)載變化影響不明顯，且橋式結(jié)構(gòu)中每橋臂功率管個(gè)數(shù)多出一倍，相應(yīng)承受的電壓更小，延長(zhǎng)了集成化功率模塊（IPM）的使用壽命，再生制動(dòng)時(shí)向直流側(cè)傳遞的功率也更平穩(wěn)。但其結(jié)構(gòu)和控制方法相對(duì)復(fù)雜，每個(gè)橋臂脈沖序列要求有嚴(yán)格的邏輯關(guān)系和時(shí)序，功率管個(gè)數(shù)增加也給故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測(cè)帶來(lái)了一定的困難。

3 CRH1A和CRH2A牽引變流器的仿真研究

本文利用Matlab/Simulink軟件分別搭建了CRH1A、CRH2A牽引變流器的仿真模型，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果對(duì)變流器的輸入輸出特性進(jìn)行了分析和比較。為便于討論，建模中不考慮負(fù)載電機(jī)的矢量控制環(huán)節(jié)，而采用三相對(duì)稱阻感負(fù)載代替額定工作的電機(jī)負(fù)載。

3.1 脈沖整流器的瞬態(tài)電流控制法

CRH1A和CRH2A動(dòng)車組的整流器控制方式均采用正弦脈寬調(diào)制（SPWM），調(diào)制波的產(chǎn)生采用瞬態(tài)電流控制法[5]，即PWM控制信號(hào)是由基于瞬態(tài)電流法而產(chǎn)生的調(diào)制電壓信號(hào)與三角載波信號(hào)疊加而成[6]，瞬態(tài)電流法的基本工作原理如圖1所示。

圖1 瞬態(tài)電流法產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)原理圖

調(diào)制電壓信號(hào)的計(jì)算如式（1）～式（4）。

其中，KP、Ki為PI調(diào)節(jié)器參數(shù)；Ud、Ιd、UN分別為直流側(cè)電壓、直流側(cè)電流和網(wǎng)側(cè)電壓的有效值；Uref為中間直流電壓給定值；uN(t)、iN(t)、us(t)分別為網(wǎng)側(cè)電壓、網(wǎng)側(cè)電流和調(diào)制電壓的瞬時(shí)值[7]。

3.2 CRH1A和CRH2A型動(dòng)車組牽引變流器仿真建模

CRH1A型動(dòng)車組牽引變流器模型主要包括以下三個(gè)部分：兩重四象限脈沖整流器、中間直流環(huán)節(jié)、兩電平三相逆變器[8]。若參數(shù)配置為：輸入AC900 V/50 Hz，二次濾波電容7.06 mF、電感359 μH，支撐電容10 mF，調(diào)制方式為單極性三角載波調(diào)制，載波頻率450 Hz，每臺(tái)整流器載波錯(cuò)開(kāi)90°相角，則基于Matlab/Simulink軟件搭建的變流器仿真模型如圖2所示。

CRH2A動(dòng)車組牽引變流器模型也主要包括三部分：三電平四象限脈沖整流器、中間直流環(huán)節(jié)和三電平三相逆變器[9]。其中整流器和逆變器均采用二極管鉗位式三電平橋式結(jié)構(gòu)，且參數(shù)設(shè)置為：輸入AC1 500 V/50 Hz，變壓器二次側(cè)漏感4.3 mH，支撐電容4.25 mF×2，調(diào)制方式為載波移相雙極性調(diào)制，載波頻率1 250 Hz[10]，則基于Matlab/Simulink軟件搭建的變流器仿真模型如圖3所示。

3.3 仿真結(jié)果與分析比較

3.3.1 中間直流電壓波動(dòng)

假設(shè)分別帶載1 060 kW和1 200 kW情況下，CRH1A和CRH2A變流器仿真模型運(yùn)行穩(wěn)定后，其各自的中間直流電壓及對(duì)應(yīng)的局部放大波形對(duì)比如圖4所示。由圖可知：CRH1A變流器在牽引狀態(tài)下整流器輸出1 650 V直流電壓，中間直流電壓波動(dòng)不超過(guò)±25 V，電壓脈動(dòng)比為1.52%； CRH2A變流器在牽引狀態(tài)下整流器輸出3 000 V直流電壓，中間直流電壓波動(dòng)不超過(guò)±20 V，電壓脈動(dòng)比為0.67%。由此可見(jiàn)，CRH2A變流器中間直流電壓更加穩(wěn)定。

圖2 CRH1A型動(dòng)車變流器仿真模型

圖3 CRH2A型動(dòng)車變流器仿真模型

圖4 CRH1A和CRH2A動(dòng)車中間直流電壓

3.3.2 整流器輸入特性

雖然CRH1A和CRH2A變流器均采用四象限脈沖整流器，且都基于瞬態(tài)電流法產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，但由于兩種變流器主電路結(jié)構(gòu)和變換電平數(shù)不同，導(dǎo)致各自的輸入特性存在很大差異。由圖5所示的仿真結(jié)果可知，CRH2A的調(diào)制電壓信號(hào)正弦度更好，與載波疊加后的脈沖序列更有利于SPWM控制方式。同時(shí)，由圖6所示的仿真結(jié)果可知，CRH1A整流器的輸入電壓只有+Uab和-Uab兩種電平，而CRH2A有±Uab、±Uab/2、0五種電平，使得其輸出直流電壓更穩(wěn)定。

圖5 CRH1A和CRH2A調(diào)制電壓

圖6 CRH1A和CRH2A整流器輸入電壓

觀察圖7中所示的網(wǎng)側(cè)電流波形發(fā)現(xiàn)，CRH2A變流器穩(wěn)定工作時(shí)網(wǎng)側(cè)電流畸變程度更小。另外，從圖8所示的網(wǎng)側(cè)電流諧波分析中可知，在不考慮整車變流器組載波信號(hào)移相消除高次諧波的情況下，如果CRH1A的網(wǎng)側(cè)不增加諧波吸收電路，其電流諧波畸變率超過(guò)40%，諧波能量集中在10倍網(wǎng)頻，很容易引起電力公害；而單臺(tái)CRH2A變流器的網(wǎng)側(cè)電流諧波畸變率僅為8.84%，諧波能量主要集中在第3、5、7次，高次諧波含量很小。

圖7 CRH1A和CRH2A網(wǎng)側(cè)電流

圖8 CRH1A和CRH2A網(wǎng)側(cè)電流諧波分析

3.3.3 逆變器輸出特性

由圖3可知，由于CRH2A逆變器為三電平結(jié)構(gòu)，每個(gè)橋臂有4個(gè)功率管，較CRH1A逆變器而言，其耐壓能力得到提升，負(fù)載電壓波形如圖9所示；同時(shí)，在相同開(kāi)關(guān)頻率情況下，其脈沖序列數(shù)和負(fù)載相電壓電平數(shù)更多，帶感性負(fù)載時(shí)相電流更接近正弦波。分析比較圖10所示的仿真結(jié)果后可以看出：CRH1A負(fù)載相電流諧波畸變率為6.14%，諧波能量集中在第8、10、12次；而CRH2A負(fù)載相電流諧波的畸變率為2.89%，2次諧波含量較高。由此可見(jiàn)，CRH2A逆變器輸出的交流能量對(duì)負(fù)載影響更小，有利于減小負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

圖9 CRH1A和CRH2A負(fù)載電壓波形

圖10 CRH1A和CRH2A負(fù)載電流諧波分析

對(duì)上述兩類變流器模型變流性能的仿真結(jié)果進(jìn)行分析和比較后可知，CRH2A變流器正常工作時(shí)對(duì)網(wǎng)側(cè)沖擊小，中間直流電壓更平穩(wěn)，負(fù)載側(cè)輸出電能諧波含量少，整流和逆變的交流輸入、輸出量頻譜特性明顯優(yōu)于CRH1A。

很顯然，主電路結(jié)構(gòu)及其控制策略是決定變流器輸入輸出特性的關(guān)鍵因素。上述兩類變流器中采用的SPWM調(diào)制方式雖然控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但由于存在死區(qū)時(shí)間和開(kāi)關(guān)管損耗，隨著變流器電平數(shù)的增加其輸入輸出諧波分量也相應(yīng)增多。為此下文將對(duì)SVPWM控制方式在CRH2A變流器中的應(yīng)用進(jìn)行探究，以期彌補(bǔ)其性能方面存在的不足，為今后變流器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。

由此可見(jiàn)，隨著對(duì)于類比推理研究的深入，對(duì)類比推理的定性的說(shuō)明逐漸變成了定量的、精確的描述。而要對(duì)類比推理進(jìn)行細(xì)致的刻畫(huà)，需要從兩個(gè)方面入手：一是要建立一種知識(shí)表達(dá)的體系，用于表示始源和目標(biāo)中相關(guān)概念的內(nèi)涵，分析概念之間的關(guān)系和概念系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；二是要探討類比推理的計(jì)算模型，使得類比推理在各個(gè)階段都遵循相應(yīng)規(guī)則而具有較高的可靠性。

4 基于SVPWM的CRH2A變流器仿真建模和分析

4.1 SVPWM基本原理

SVPWM技術(shù)是以三相異步電機(jī)定子理想磁鏈圓為參照，控制三相逆變器各橋臂開(kāi)關(guān)模式作適當(dāng)?shù)那袚Q，以實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶縼?lái)追蹤定子準(zhǔn)確磁鏈圓。與SPWM調(diào)制不同，SVPWM是將逆變器和電機(jī)看做一個(gè)整體作為控制對(duì)象，模型結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，便于微處理器實(shí)時(shí)控制[11]。

對(duì)三電平橋式電路而言，其每個(gè)橋臂分別有Ud/2、0、-Ud/2三種輸出結(jié)果，相應(yīng)地，每種輸出對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)分別表示為P、O、N。若假設(shè)各橋臂輸出的開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)變量分別為Sa、Sb、Sc，則逆變器可輸出27種電壓組合狀態(tài)[12]，其空間電壓矢量可定義為：

空間電壓矢量的合成原則是通過(guò)逆變器輸出電平及其作用時(shí)間的有限組合，獲得多邊形的電壓矢量軌跡，進(jìn)而逼近圓形的旋轉(zhuǎn)磁通[13]。由圖11可知，在每個(gè)采樣周期內(nèi)空間電壓矢量可由其所在區(qū)域端點(diǎn)的三個(gè)基本矢量合成，按照每周期內(nèi)功率管開(kāi)關(guān)變化次數(shù)最少原則確定每個(gè)基本矢量的作用順序，再根據(jù)伏秒平衡方程計(jì)算每個(gè)基本矢量的作用時(shí)間，最終產(chǎn)生PWM邏輯信號(hào)序列，從而控制逆變器功率管的開(kāi)斷[14]。

圖11 三電平空間電壓矢量分布圖

4.2 SVPWM脈沖發(fā)生器的仿真建模

根據(jù)前述原理，本文建立的SVPWM調(diào)制信號(hào)發(fā)生模型如圖12所示。本模型分為5個(gè)子模塊：扇區(qū)選擇、空間電角度轉(zhuǎn)換、小區(qū)選擇、基本矢量作用時(shí)間計(jì)算和PWM脈沖發(fā)生模塊。在每個(gè)采樣周期內(nèi)，首先根據(jù)矢量合成原則計(jì)算給定三相信號(hào)合成的空間電壓矢量，判斷其空間電角度theta和所在扇區(qū)N，然后將該矢量變換到α-β坐標(biāo)系判斷其在該扇區(qū)內(nèi)的小區(qū)序號(hào)n，再確定基本矢量及其作用順序，計(jì)算每個(gè)基本矢量的作用時(shí)間Ta、Tb、Tc，并將其對(duì)應(yīng)到逆變器全橋的功率管組合狀態(tài)，最終產(chǎn)生PWM序列[15]。

圖12 SVPWM調(diào)制脈沖發(fā)生器仿真模型

4.3 基于SVPWM的CRH2A變流器仿真分析

在仿真參數(shù)及變流器主電路結(jié)構(gòu)不變的前提下，現(xiàn)對(duì)圖3所示的CRH2A變流器仿真模型改用SVPWM控制方式，經(jīng)仿真運(yùn)行后得到其中間直流電壓及其局部放大波形如圖13所示。從圖中可以看出，采用SVPWM控制方式后，CRH2A變流器中間直流環(huán)節(jié)的電壓波形更平穩(wěn)，最大波動(dòng)不超過(guò)±15 V，偏差率僅為0.50%。

圖13 基于SVPWM的CRH2變流器中間直流電壓

圖14 基于SVPWM的變流器網(wǎng)側(cè)和電機(jī)側(cè)電流諧波分析

另外，為了進(jìn)一步研究SVPWM控制方式對(duì)CRH2A變流器動(dòng)態(tài)特性的影響，下面對(duì)變流器工作在網(wǎng)壓不穩(wěn)和負(fù)載突變兩種情況下的中間直流電壓輸出特性進(jìn)行了模擬仿真和對(duì)比。

在網(wǎng)壓不穩(wěn)的工作情況下，假設(shè)CRH2A變流器在運(yùn)行過(guò)程中2.5 s時(shí)主變壓器二次側(cè)電壓突降20%，3.4 s時(shí)再突升20%，其中間直流電壓波形分別如圖15所示。由圖可知，當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，CRH1A變流器中間環(huán)節(jié)輸出響應(yīng)較慢，直流電壓恢復(fù)所需時(shí)間更長(zhǎng)；同時(shí)，CRH2A變流器在SVPWM控制方式下中間直流電壓恢復(fù)快，但其超調(diào)比SPWM控制方式高。

圖15 網(wǎng)壓不穩(wěn)時(shí)中間直流電壓對(duì)比

在負(fù)載突變的情況下，假設(shè)變流器工作在2 s時(shí)切除20%的負(fù)載，3 s時(shí)切除全部負(fù)載，電機(jī)進(jìn)入空載狀態(tài)，其相應(yīng)的仿真結(jié)果如圖16所示。由此可知，SVPWM控制方式下負(fù)載變化時(shí)對(duì)中間直流環(huán)節(jié)電壓影響較高，恢復(fù)穩(wěn)態(tài)后其波動(dòng)相對(duì)于SPWM控制方式更小。

圖16 負(fù)載突變時(shí)中間直流電壓對(duì)比

綜合以上仿真分析后可知：SVPWM控制方式在變流器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)后對(duì)于變流器網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)電量影響更小，電流正弦度更好，諧波含量低；在網(wǎng)壓不穩(wěn)和負(fù)載突變的情況下，SPWM控制方式對(duì)于中間直流側(cè)電壓變化影響更小，但動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，恢復(fù)至穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，其直流電壓波動(dòng)仍高于SVPWM控制方式。

5 結(jié)論

牽引變流器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)于其輸入輸出性能具有一定的影響，隨著電平數(shù)的增加，網(wǎng)側(cè)諧波能夠得到有效的抑制，中間直流側(cè)的電壓紋波也更小，輸出電壓引起的負(fù)載轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小，并且負(fù)載電流波形更接近正弦波。而采用不同的牽引變流器控制策略也能夠提升其輸入輸出性能及動(dòng)態(tài)特性，根據(jù)仿真結(jié)果，SVPWM調(diào)制法相比傳統(tǒng)的SPWM調(diào)制法，變流器負(fù)載側(cè)電氣參數(shù)變化時(shí)對(duì)直流側(cè)及供電網(wǎng)產(chǎn)生的擾動(dòng)更小，系統(tǒng)響應(yīng)及恢復(fù)更快。

綜上所述，本文在對(duì)CRH1A和CRH2A型動(dòng)車組牽引變流器分別進(jìn)行仿真建模的基礎(chǔ)上，對(duì)比分析了兩種不同結(jié)構(gòu)和控制方式的變流器輸入輸出特性，提出了各自的優(yōu)勢(shì)和不足。并基于此探究了空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）控制策略在CRH2A型動(dòng)車組變流器中的仿真應(yīng)用，初步驗(yàn)證了該控制策略對(duì)改善變流器輸入輸出及動(dòng)態(tài)性能的效果。本文的研究成果將對(duì)現(xiàn)有CRH1和CRH2型動(dòng)車組變流器性能的改善和優(yōu)化提供一定的方法，同時(shí)也為動(dòng)車組核心部件及相關(guān)技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論參考。

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ZHU Qinyue,WANG Junzhe,LIU Ailei

School of Electronics and Information Engineering,Τongji University,Shanghai 201804,China

Τhe performance of EMU traction converter is one of the most important factors for evaluating EMU’s operation safety and efficiency.Τhis paper takes CRH1A and CRH2A EMU converters as research objects,and carries out research on two converters’performance analysis and optimization based on Matlab/Simulink software.Τhis paper accords to actual design parameter of two converters’main circuits and builds up simulation models separately,then makes a comparison and analysis of the effects on system’s in-out performance imposed by main circuits’structures and their control methods.Based on this,this paper researches into SVPWM control method’s effect on improving converter in-out characteristics and dynamic performance applied to CRH2A EMU converter.Τhe conclusion is preliminarily verified by simulation modeling.Τhe results and data are basically consistent with expecting objectives.

traction converter;4 Quadrant Converter（QC）rectifier;inverter;Sinusoidal Pulse Width Modulation（SPWM）; Space Vector Pulse Width Modulation（SVPWM）;harmonic analysis

動(dòng)車組牽引變流器的性能是評(píng)估動(dòng)車組安全高效運(yùn)行的重要指標(biāo)之一。以CRH1A和CRH2A型動(dòng)車組牽引變流器為對(duì)象，基于Matlab/Simulink仿真軟件對(duì)兩種變流器的性能及其優(yōu)化進(jìn)行了研究。根據(jù)兩種變流器主電路實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)分別建立了各自的仿真模型，比較和分析了相應(yīng)主電路結(jié)構(gòu)及其對(duì)應(yīng)的控制策略對(duì)系統(tǒng)輸入輸出性能的影響。在此基礎(chǔ)上，探究了空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM控制策略應(yīng)用在CRH2A型動(dòng)車組變流器中對(duì)改善變流器輸入輸出特性及動(dòng)態(tài)性能的效果，通過(guò)仿真建模初步驗(yàn)證了該結(jié)論。仿真結(jié)果和數(shù)據(jù)基本符合預(yù)期目標(biāo)。

牽引變流器；四象限整流器；逆變器；正弦脈寬調(diào)制（SPWM）；空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）；諧波分析

A

ΤP391

10.3778/j.issn.1002-8331.1304-0299

ZHU Qinyue,WANG Junzhe,LIU Ailei.Research on performance comparison and optimization of traction converter for CRH1&CRH2 EMU.Computer Engineering and Applications,2013,49（21）：255-261.

朱琴躍（1970—），女，博士，副教授，研究領(lǐng)域?yàn)殡姎庠O(shè)備檢測(cè)和故障診斷技術(shù)，車載設(shè)備與控制；王俊哲（1988—），男，碩士研究生，研究領(lǐng)域?yàn)殡姎庠O(shè)備檢測(cè)和故障診斷技術(shù)；劉愛(ài)雷（1988—），男，碩士研究生，研究領(lǐng)域?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)和故障診斷。E-mail：zqymelisa@#edu.cn

2013-04-22

2013-07-23

1002-8331（2013）21-0255-07