1 引言
多年來我對(duì)機(jī)車上的牽引變頻器稱為變流器總有些茫然,，我們通常稱交流變直流或直流變交流的設(shè)備為變流器,。機(jī)車變流器分明是將50hz交流，變?yōu)?～50hz變化頻率的交流,，應(yīng)屬變頻器,，為何稱變流器？冥冥之中似有些怨忿,，又有所期待,。
圖1所示的和諧5型動(dòng)車組牽引變流器結(jié)構(gòu)組成圖，其機(jī)車的外形圖如圖2所示,。
我國(guó)高鐵呈現(xiàn)井噴式發(fā)展,。剛剛通過486.1km/h運(yùn)營(yíng)線路速的世界紀(jì)錄，今年又將打破法國(guó)阿爾斯通570km/h的試驗(yàn)線路速度世界紀(jì)錄,，共有600多份國(guó)際合作合同正在洽談中,。我們心曠神怡！我們意氣風(fēng)發(fā),！
沒有隱憂了么,？遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是。國(guó)際上稱我們的高鐵是“山寨版”,；牽引變流器仍然由西門子,、阿爾斯通、龐巴迪、川琦壟斷,；一列動(dòng)車組兩億人民幣,，變流器就超過了一個(gè)億；機(jī)車過分相困擾依舊,；電氣化鐵路仍是公共電網(wǎng)的頭號(hào)“壞孩子”,。怎樣去掉隱憂？怎樣笑得更舒心,？
圖1 和諧5型動(dòng)車組牽引變流器結(jié)構(gòu)組成圖
2 需要解決高鐵面臨的問題
小打小鬧已無(wú)法適應(yīng)高鐵no.1的情懷,，徹底解決高鐵面臨的問題要鋪開多長(zhǎng)的戰(zhàn)線呢？又有多少問題需要我們解決呢,？
(1)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),，要不同于現(xiàn)有的技術(shù)路線,；
(2)解決機(jī)車過分相難題,，實(shí)現(xiàn)貫通供電；
(3)不干擾公共電網(wǎng),，無(wú)功,、負(fù)序、諧波,、負(fù)荷率全面滿足電網(wǎng)期望,；
(4)系統(tǒng)成本和變流器成本要低于現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)成本。
現(xiàn)有高鐵供電方式是：每30km左右設(shè)一牽引變電所,，三相進(jìn)線,，單相出線。每個(gè)變電所換一次相,，即30km有一個(gè)換相點(diǎn),。換相點(diǎn)用一段絕緣體連接2個(gè)相電壓，機(jī)車通過時(shí)稱為過分相,。此時(shí)機(jī)車要進(jìn)行復(fù)雜的換相作業(yè),，機(jī)車失去供電，還要用回饋制動(dòng)提供輔助設(shè)備供電,。到達(dá)另一相時(shí)車速降低很多,，并且要忍受一次過流沖擊，操作不當(dāng)時(shí)產(chǎn)生拉弧燒蝕現(xiàn)象,。由于動(dòng)車速度極快,，幾分鐘就過一次分相，動(dòng)車司機(jī)面臨很大精神壓力,。由于無(wú)法貫通供電,，每個(gè)變電所獨(dú)自負(fù)擔(dān)區(qū)間內(nèi)的全部機(jī)車負(fù)荷，高峰時(shí)達(dá)四列機(jī)車，許多時(shí)間又空無(wú)一車,。按照規(guī)范規(guī)定須按高峰配置容量,，平均負(fù)荷率不足10%，負(fù)荷率太低是造成牽引供電系統(tǒng)高成本,、高損耗,、高排放物質(zhì)的主要原因。電網(wǎng)側(cè)的困難是：因單相取電,，造成負(fù)序電流極大,，嚴(yán)重影響電網(wǎng)質(zhì)量。以及功率因數(shù)低,、諧波高,，高鐵成為電網(wǎng)中最為嚴(yán)重的有害負(fù)荷。
圖2 第二牽引動(dòng)力系統(tǒng)電路示意圖
3 工藝說明
以和諧5原型為基礎(chǔ),，說明高鐵動(dòng)車現(xiàn)狀,。
和諧5共有兩組相同的、可相互支援的牽引動(dòng)力系統(tǒng),。圖2所示為第二牽引動(dòng)力系統(tǒng)電路示意圖,。
由圖2可見受電弓pnt2接牽引變壓器(紅色)，后經(jīng)接地輪接鋼軌,。變壓器副邊經(jīng)高壓開關(guān)（黃色）帶2～3臺(tái)變流器（綠色）,、圖3是由圖4重繪，略去制動(dòng)電阻而得到的變流器框圖,。
4 “直流/多交流變換器”
我們多年的高壓直流變換研究,，應(yīng)用于機(jī)車牽引成為現(xiàn)實(shí)。新結(jié)構(gòu)采用“做減法”的方案,，減去牽引變壓器,、四象限整流模塊、支撐電容器模塊和附加電容器模塊,；將圖4中的各輔助變流器的斬波器（紅色）,、脈沖變壓器（淡紅色）、高頻整流器（紅黑色）移出,，放至原牽引變壓器位置,。
如圖5所示，各斬波器輸入串聯(lián),，斬波器輸出接脈沖變壓器多原邊系統(tǒng),。多原邊各匝數(shù)相等，因?yàn)橥淮怕沸纬?a class="innerlink" href="http://wldgj.com/tags/串聯(lián)穩(wěn)壓電路" title="串聯(lián)穩(wěn)壓電路" target="_blank">串聯(lián)穩(wěn)壓電路,。將牽引逆變器連接到穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)上,，穩(wěn)定了各牽引逆變器的輸入電壓,。脈沖變壓器副邊整流為各輔助逆變器供電。牽引電機(jī)定子對(duì)地電壓高于15kv,。
5 技術(shù)特點(diǎn)
“直流/多交流變換器”（用于電力機(jī)車及軋鋼機(jī)）由直流串聯(lián)穩(wěn)壓電路,、數(shù)個(gè)逆變器組成。直流串聯(lián)穩(wěn)壓電路提供均壓電位,，并提供輔助設(shè)備電源,，每段電位安置一臺(tái)逆變器，拖動(dòng)一臺(tái)電機(jī),。另外可通過調(diào)節(jié)某臺(tái)逆變器頻率或輸出電壓改變電流幫助保持均壓,；亦可調(diào)節(jié)某臺(tái)逆變器橋臂短暫貫通強(qiáng)制保持均壓。雖然無(wú)四象限整流器卻能更好地實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng),，在直流貫通的條件下真正實(shí)現(xiàn)將能量利用,。
圖3 動(dòng)力系統(tǒng)電路框圖
圖4 輔助功率模塊電路原理圖
圖5 “直流/多交流變換器”
6 技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益分析
(1)平臺(tái)變化很小，便于改造已有車輛,。電機(jī)和牽引逆變模塊對(duì)地耐壓升高增加少許成本,，低于變流器成本1%；
(2)因減少牽引變壓器,、四象限整流模塊,、支撐電容和濾波電容預(yù)計(jì)降低變流器成本50%,。（逆變模塊與四象限整流模塊高度相似,；全車降低了60%的散熱功率）；
(3)取消過分相,；
(4)克服負(fù)序,、無(wú)功、諧波,、供電設(shè)備利用率低等牽引變電所痼疾,，節(jié)省大量設(shè)備投資；
(5)直流貫通供電提高機(jī)車運(yùn)行效率,，回饋制動(dòng)變得有意義,；
(6)可不必規(guī)劃電力專線，電網(wǎng)用戶通過整流器與直流牽引網(wǎng)相連,，將他們的負(fù)序,、無(wú)功、諧波等負(fù)面電量注入高鐵,，后者可得到廉價(jià)電能,；
(7)以直流牽引網(wǎng)為媒介將各電網(wǎng)聯(lián)接起來，形成國(guó)家統(tǒng)一電網(wǎng),，啟動(dòng)電力期貨交易,；
(8)直接吸收風(fēng)電、太陽(yáng)能入網(wǎng)，降低其成本,，解放我國(guó)新能源發(fā)展瓶頸,，為國(guó)家做出更大貢獻(xiàn)。
7 結(jié)束語(yǔ)
感悟,！為何機(jī)車變頻器稱變流器,？——直流變交流是它滿意的方式！用直流/多交流變換器組成牽引變流器,，無(wú)牽引變壓器,、無(wú)四象限整流器、直流貫通供電無(wú)過分相困擾,、吸收交流電網(wǎng)中的負(fù)面電量,，并以直流牽引網(wǎng)為媒介組成全國(guó)統(tǒng)一電網(wǎng)才是我們要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。此時(shí)它遠(yuǎn)遠(yuǎn)望著“名不正”的前輩們,，可謂“一覽眾山小”,。