何晓琼， 文德智， 秦 臻

(西南交通大学 电气工程学院， 四川 成都 610031)

随着高速、重载铁路的发展和推广，既有牵引供电系统存在一系列如电压不平衡、无功和谐波、供电能力受限等不可忽略的问题[1-4]。我国研制了世界首套基于平衡变压器和动态补偿装置(APC)的同相供电装置，较好地解决了电能质量问题，使电分相数减半，并且非常适合对既有线路的改造，但仍存在过分相问题[5-7]。基于此，文献[8]研究的基于三相-单相变换器的贯通式牵引供电系统，可完全取消电分相装置，但此供电方案仍存在局限：单相变换器输出侧还需接滤波电路，需配备单相升压变压器，牵引变电所容量受限等。

文献[9]提到的基于二极管钳位(NPC)5电平H桥(简称5H桥)级联结构的三相-单相变换器的贯通式牵引供电系统(见图1)，可取消牵引变电所输出变压器，提升变电所容量。且由于多电平逆变器级联，增加等效开关频率，总谐波含量(THD)大幅减小[10]，进而可取消滤波器，减小变电所体积。

但是，由于采用电力电子变换器，输出电压不可避免包含与开关频率相关的特征次谐波，并网时有可能与牵引网分布电感、电容以及机车负载参数匹配，导致牵引网谐振[11-13]。因此，有必要对此级联结构的输出谐波特性进行研究。另外，合适的调制策略对提升输出电压质量及推导电压谐波特性至关重要。载波移相CPS-SPWM(Carrier Phase Shifted SPWM)由于等效开关频率高，降低了总谐波含量，在高压大功率场合得到广泛应用[10,14]。本文采用CPS-SPWM作为调制策略，基于双边傅里叶函数推导了5H桥级联结构的输出谐波特性，利用Matlab/Simulink仿真平台完成仿真验证，为后期研究该牵引变电所并网及车网耦合后牵引供电系统的性能特征提供借鉴。……