摘要 随着我国铁路的发展，多流制技术对当前铁路系统的作用开始凸显。我国铁路干线采用25 kV/ 50 Hz供电制式, 轻轨采用直流1 500 V和直流750 V供电制式。多流制列车在进行跨界运行时，有着相当大的效率优势，在我国当前城际铁路大发展的背景下，这一技术的应用更有着巨大的意义。本文通过介绍几种典型的多流制电力机车结构,并进行对比，进而分析多流制技术面临的问题和发展方向
一、技术背景及意义
多流制电力机车是指能在两种及以上的供电制式下运用的电力机车。目前世界上轨道交通由于历史存在多种电流制式, 欧洲铁路主要采用交流15 kV/25 kV、直流1.5 kV和直流3 kV四种电流制式;由于电力机车跨界运行时，不同供电制式下无法通用，多流制电力机车应运而生。
我国交通的供电制式基本上分两种：一种是用于高速铁路和城际铁路干线的25KV、50Hz的交流牵引供电制式；另外一种是用于城市轨道交通包括轻轨的1.5KV（750V）直流牵引供电制式，采用接触网或第三轨受流。
交流牵引供电网具有功率大以及线路损耗小等优点，在牵引功率较大、运行速度较大的干线上广泛使用。由于城市轨道列车功率相对较小，且供电电网一般分布在市区，考虑绝缘问题，电压等级不能过高，所以城市轨道交通基本使用电压较低的直流供电方式。并且采用直流供电可以省去牵引主变压器和整流器等设备，使车内空间更大目前我国无论在客运还是货运都已经出现直流供电制式线路与交流供电制式线路互联互通的问题。对于交直流交汇的货运节点，只能采取“交直流转换场”的方式实现换流。但“交直流转换场”占用空间大、建设费用高还需要定期维护。客运方面由于供电制式的不兼容，城际铁路无法衔接到城市内的地铁以及轻轨，不得不通过换乘的方式来解决，既增加了投资成本、又降低了运输效率，同时给列车调配增加了压力。此外，“一带一路”政策的推进，将促进中国和周边国家经贸往来。不同国家的铁路网更是难以统一。对于这一系列的互通问题，多流制列车才是切合实际的解决方案。
二、技术分析
(1)EuroSprinter系列
20 世纪 90 年代初，西门子为西班牙设计过一款双流制电力机车，并为葡萄牙制造了同型号的单流制电力机车。以这两种机车的设计为基础，西门子开发了BR127001。之后该系列不断发展，先后出现了BR189、RH1216。BR127于1992年投入运行，该车主要部分采用模块化，可以很好的满足欧洲各国铁路的不同要求。BR189于2003年投入运行，为通用型多流制机车，能在四种牵引供电制式下工作，且率先使用6.5kV的IGBT无斩波器变流器。
(2) PRIMA系列
阿尔斯通研制的PRIMA机车，优先考虑两大系统：ONIX牵引传动系统和Agate控制、监控和故障诊断系统。其中Palix单元是由数个IGBT模块集成的插入式模块，主要由四部分构成：三相输出逆变器，四象限变流器输入侧，四象限变流器输出侧和电阻制动调节器。
(3) TRAXX系列
庞巴迪在研制初期就认识到，可以利用一个统一平台来适应不同的供电制式。因此研发出了TRAXX平台。不管是单一的交流制、直流制还是多流制电力机车，都可以利用该平台进行总体布局。所有与机车类型无关的能量模块布置在牵引机车中部。从而实现高度的通用性。
对比三种典型的多流制电力机车结构可以发现一些共性：
( 1) 弓网的匹配。三种机车均采用了三个以上的不同的受电弓多流制电力机车受电弓选择与普通电力机车受电弓选择的原则相同, 但需要综合考虑在不同线路的网压、 接触网特性及限界要求。
( 2) 主断路器及接地开关。主电路中设置了两个主断路器, 分别用于开关交流供电回路和直流供电回路。一般而言, 交流供电回路采用真空断路器, 而直流供电回路采用高速断路器。每个主断路器都附带一个接地开关, 用于安全接地。
( 3) 避雷器。机车处于交流模式下, 采用双避雷器的形式, 受电弓侧的避雷器用于保护来自网侧的过电压, 牵引变压器前端的避雷器用于保护来自变压器的操作过电压。
( 4) 电阻制动。当机车处于直流模式下, 电制动均采用电阻制动的方式, 牵引电机产生的能量通过制动斩波消耗在制动电阻上, 而不回馈到电网。
三种典型的多流制机车同样存在一定的差异, 主要如下。
( 1) 牵引变压器的牵引绕组是否作为直流供电回路下的平波电抗器。牵引绕组作为直流供电回路的平波电抗器可以有效减少机车的重量,降低机车成本,从长远来看, 牵引绕组用作直流供电回路的平波电抗器使用更具有经济性, 但采用独立的平波电抗器, 主电路的设计更为简单和可靠。
( 2) 直流供电回路是否采用四象限斩波。直流供电回路经过四象限斩波可得到较为稳定的中间直流电压, 中间直流电压的等级也可适当降低,牵引电机的设计难度降低、成本减少,由于直流模式的工况下, 主电路少了四象限斩波这一环节, 机车的效率更高, 也更节能 , 但牵引电机需要承受来自接触网的所适应的线路电压范围, 必须使用更厚的绝缘材料和较大的电机。
主流的多流制电力机车主电路设计由多个受电弓、牵引主变压器、四象限变流器、直流支撑电容、逆变器和牵引电机等组成。四象限整流器的作用是把牵引绕组输出的交流电压进行升压整流，转化为中间回路的直流电压。中间回路由两组四象限整流器供电，采用多重化技术降低输入侧电流谐波畸变率。 直流支撑电容主要起稳压的作用。逆变器由 IGBT 模块组成，将输出电压矢量以脉冲形式控制逆变器，从而输出相应幅值和频率的电压。 牵引电机采用轴控方式，结构简单，易于维护
三、问题与展望
多流制列车设计时还面临一些问题
1.干线铁路列车与地铁列车设计思路有很大差别，因此双流制列车的设计需要兼顾到双方，比如干线铁路列动车是持续运行的模式，而地铁列车的运行要频繁启停，是一种断续模式，因此对于启动加速度，牵引功率等问题需要兼顾考虑。
2.列车牵引变流器的中间直流电压对于逆变器和牵引电动机的容量设计是重要的参数，当牵引供电制式从交流切换至直流时，系统电流中的交流分量对直流牵引网而言都是谐波分量，采用何种方法能有效降低系统交流分量对直流牵引供电网的影响。
3.了解和掌握多流制电力机车牵引传动系统在供电制式切换过程的电磁暂态特性，特别是交流切换至直流，直流切换至交流两种模式下的电磁暂态特性。
4.当对多绕组牵引变压器进行复用时，为了避免牵引供电制式从直流切换至交流时，因多绕组牵引变压器的铁芯剩磁而造成励磁涌流，必须对牵引变压器的铁芯进行去磁，如何高效的去磁是一个重要课题
四、结语
多流制技术在当前背景下有巨大的经济意义，我国在这方面的研究还相对落后。尽管我国主要的机车车辆制造商已具备了双流制机车、城轨列车的研制能力。多流制还面临一些技术细节上的问题，在这些问题上进行突破之后，实现对发达国家的弯道超车，将对未来轨道交通的发展提供有力的支撑。
参考文献
[1] 谢维达. 多流制列车及其在我国的应用前景[J]. 城市轨道交通研究,2010,(3).
[2] 张立伟,黄先进,游小杰,等. 欧洲主力交流传动机车主牵引系统介绍[J]. 电工技术学报,2007,(7).
[3] P.CHAPAS,王渤洪. 阿尔斯通开发的PRIMA 3U15型电力机车[J]. 变流技术与电力牵引,2005,(3).