1 引言

    　地铁牵引供电系统是一个时变的、交直流混合的系统，其网络结构受列车运行方式、运行时间的影响而成为一种动态的网络，很难周全地考虑各个动态过程的供电系统性能，也难以把握整个供电系统的特点。包含了交流网络、直流侧网络和列车三大部分。建立一个能够反映交流侧电路、直流侧电路、机车功率等相互影响的动态、实时的仿真软件势必要求将供电系统和列车牵引传动系统进行联合仿真，而通常供电和列车属于两个研究方向。很多关于供电系统仿真的软件都是将机车等效为一个电流源，通过不同方式的取流模式来模拟机车惰行、加速运行、再生制动等多种工况[1]。很难全面、实时地反映城市轨道交通供电系统的特性。 
     
    　本文通过对24脉波整流电路及城轨列车牵引传动系统进行分析与建模，建立了24脉波直流牵引供电系统联合仿真平台，对交直流侧及列车之间的相互影响进行了仿真，对于供电系统的仿真软件开发具有一定的借鉴意义。

2  等效24脉波整流基本原理及建模分析

    　为了改善整流装置的高次谐波对电网、通讯等设备的影响，目前城市轨道交通牵引供电系统中的整流机组广泛采用等效24脉波整流电路。24脉波整流机组产生的谐波电流较12脉波整流谐波含量少控制工程网版权所有, 尤其是12脉波整流谐波含量最大的11、13次谐波可减少80 %以上，是目前比较理想的供电方式[2]。

   　 等效24脉波整流机组由两套12脉波整流机组构成，12脉波整流由两个6脉波3相整流桥并联组成。其中一个3相整流桥接向整流变压器二次侧星形绕组，另一个3相整流桥接向整流变压器的二次侧三角形绕组。因为每台整流变压器二次侧星形绕组和三角形绕组相对应的线电压相位错开π/6，于是可以得到两个三相桥并联组成的12脉波整流电路。当供给两个12脉波整流器的整流变压器高压网侧并联的绕组分别采用±7.5°外延三角形联接时，两套整流器并联运行即可构成等效24脉波整流器[2]。
 

 
图1 移相变压器原理图与向量图

     　图1为移相变压器的移相原理图与向量图www.cechina.cn，图中上面组变压器高压侧采用左延接法，如向量图左图所示，加入延边绕组之后，A相电压较加入延边绕组之前移相+7.5o；下面组变压器采用右延接法，如向量图右图所示，同样可以看出加入延边绕组之后移相-7.5o。两组变压器阀侧绕组均采用星-三角接法，三角接绕组与星接绕组的匝数比为 ，这样阀侧绕组线电压幅值相等，只是相差一定的相位。阀侧绕组分别接到3相整流桥控制工程网版权所有，采用并联连接，就形成了24脉波电路，每个脉波相差15o的相角。根据以上移相变压器的原理基于MATLAB/SIMULINK建立了如下的仿真模型：

图2  24脉波整流电路仿真模型

    　 图2中三相电源选取与牵引变电所同样的电压等级AC 33KV交流电，子系统模块为24脉波整流变压器模型，通过变压、整流，可以得到城轨供电所用的DC1500V或DC750V电压（文中所采用为DC750V电压制式）。空载时，输出端一个周期内的电压波形及频谱分析如图3所示，可以看出一个周期有24个波头，电压脉动比较小，比较平稳。最大谐波次数出现在第24次，直流分量为781.5V。

图3  24脉波整流电路直流侧输出波形及频谱

    　图4为加入阻性负载后24脉波整流电路网侧电流波形和谐波分析，从图中可以看出，网侧电流接近正弦波，谐波非常小，较明显的谐波为第23次和25次，总畸变率仅为1.71%。

 
图4  24脉波整流电路网侧电流波形和频谱图

3 基于SVPWM三电平逆变器供电的矢量控制策略分析和仿真模型建立

   　 以磁场定向矢量控制的交流传动系统能够提供最佳启动转矩，使列车快速、平稳地启动；系统有很高的速度精度和很宽的调整范围，能够保证列车在各级速度稳定运行；有理想的电气制动功能，使列车能够可靠地制动、准确地停车，同时向电网回馈电能，非常适合于城轨列车采用。系统控制框图如图５所示，牵引传动系统逆变器采用基于SVPWM三电平电压型逆变器（VSI）供电的矢量控制策略www.cechina.cn，与两电平VSI相比，前者输出波形好、脉冲频率低、对器件耐压要求低、输出谐波分量低。对电机运行及供电系统。主电路电流含有的脉动成分小www.cechina.cn,减少了牵引电机产生的电磁噪音[3]。对交流侧谐波有一定的改善作用。
 

图５  基于转子磁场定向的异步电