项目名称：高速列车谐波研究分析
项目委托方：南车青岛四方机车车辆股份有限公司
项目受托方：北京交通大学
研究期限： 2012.2.1—2012.12.20
项目参与人员：方晓春，原佳亮，初曦，赵冬
1) 项目内容：根据车型数据，建立详实的高速列车谐波分析模型（含牵引网）；对网侧谐振进行深入细致分析，揭示其机理，提出避免谐振的合理化建议；分析牵引回流对轨道电路的影响。
2) 技术方法：通过理论研究及建模仿真方法，建立包含牵引网的高速列车牵引传动系统动态模型，研究PWM调制与谐波的关系，研究多重化技术、多电平、死区时间、二次滤波环节等因素对谐波的影响；分析车网谐振、转矩脉动产生机理及解决方案；分析计算钢轨电位、电流对轨道电路的影响。
3) 项目成果：提交高速列车谐波分析建模与仿真报告；提交不同工况下牵引传动系统谐波规律研究报告、网侧谐波及转矩脉动研究报告；提交牵引网回流对轨道电路干扰研究报告。
本项目在中国南车青岛四方机车车辆有限公司支持下，根据提供的车型数据，建立高速列车牵引传动系统的谐波分析数学模型，并应用Matlab软件建立了仿真系统，尽可能准确系统的分析高速列车的谐波特性。在此基础上根据提供的CRH-380A在京沪线先导段出现的谐振现象的实验数据，根据牵引供电系统相关知识，建立了包括牵引变电所、传输线在内的高速铁路牵引供电系统仿真模型。根据之前搭建的高速列车牵引传动系统谐波分析模型得出的输入谐波电流数据，将高速列车等效成电流源连入牵引供电系统模型，组成了用于分析研究车网谐振问题的仿真模型，深入分析车网谐振问题。同时，搭建轨道电路的仿真模型，从理论分析和仿真分析探讨高速列车产生的谐波电流对轨道电路的影响。
主要结论：
1、高速列车牵引传动系统谐波分析部分
对高速列车牵引传动系统谐波分析进行建模、研究了系统谐波特性和多重化技术、多电平、死区时间等多种因素对系统谐波的影响。通过理论分析、仿真验证并对比CRH-380AL实测数据波形，深入研究分析了不同因素对高速列车牵引变流器谐波特性的影响以及系统谐波对牵引网侧电流和牵引电机输入电流的影响。并将理论分析和仿真结果与实测结果进行对比。具体包括两大方面内容：四象限脉冲整流器控制对牵引网侧电流谐波的影响和逆变器控制对牵引电机输入电流谐波的影响。
2、车网谐振现象分析部分
对高速铁路牵引供电系统进行建模，以2011年1月9日CRH-380A在京沪线先导段实验运行时出现的车网谐振现象为参考，通过仿真模拟车网谐振现象，从理论分析和仿真分析两个角度研究了影响系统谐振频率和谐波电压幅值的因素及其对系统电压的影响，并通过分析实际实验数据验证理论和仿真研究得出的结论。另外研究分析了牵引电机转矩脉动的产生机理和系统谐波对转矩脉动的影响。
3、牵引回流对轨道电路的影响部分
对轨道电路进行建模，仿真分析了不同频率的钢轨回流和不平衡电流对轨道电路的影响。具体来说，首先分析了列车行驶在一段轨道上时钢轨上的谐波电流对该段轨道电路的影响，是否会发生判断失误或无法运行的情况；然后分析了上述谐波电流对相临轨道上轨道电路的影响；同时仿真分析了两根钢轨电流幅值不同时，轨道电路的运行情况。