摘要：目前，我国的现代化建设的发展迅速，各行各业的发展也有了显著的提高。高速磁悬浮列车相对现有的轨道列车，更具有平稳舒适、安全、节能、环保、转弯半径小、爬坡能力强、运用维护费用低等优点，适用于城市内部、近距离城市和旅游景区的一种新型交通运输工具，也越来越受到人们广泛的关注。其悬浮、牵引导向和车辆结构及供电技术是实现磁悬浮列车安全可靠运行的重要保证和前提。
关键词：高速磁悬浮列车；牵引供电系统；谐波分析
引言
磁浮列车是一个容量很大的间歇性感性冲击负载，运行时放射出大量的谐波。这会给电网的电能质量带来非常不利的影响。为了消除这种影响，一般需要用户采取滤波措施。
1辅助电源系统的工作原理
辅助电源系统将DC1500V电压变换为车厢辅助电气设备所用的交流电源和直流电源，负载包括悬浮系统、空调/采暖、空压机组、列车照明、各系统控制电路、电动车门以及车载信号与通信设备、蓄电池等所需的电源，同时提供相应的配电及保护。辅助电源系统的负载主要分为三类，即：第一类是交流负载。由辅助逆变器供电，供电对象包括空压机组、列车照明、DC110V控制电源等三相和单相交流负载。为确保磁悬浮列车车底空间尺寸及重量的限制要求，列车编组交流电源采用分散供电的形式。第二类是330V直流负载。正常运行时，由DC330V悬浮电源柜向车辆悬浮系统供电，辅助逆变器发生故障时增加风机备用电源负载。DC330V悬浮电源在编组内组成干线网，当编组列车一台DC330V悬浮电源柜发生故障时，剩余两台悬浮电源能继续为车辆悬浮提供电源，维持故障情况下悬浮系统能够正常运行，也确保牵引逆变器散热风机的备用电源从悬浮系统取电运转。第三类是110V直流负载。由110V控制电源柜向各系统控制电路、电动车门、应急照明、通风、车载信号及通信设备提供电源，110V控制电源在列车编组内组成干线网。
2概述
我们目前所乘坐的普通轮轨列车都是车轮与轨道接触运行的，他们的牵引是通过列车车轮踏面与轨道表面之间相互作用产生的附着力来实现的，而附着力不仅与车轮踏面的状态和轨道的表面有关，而且与列车的行驶速度有关。因此，普通轮轨列车的运行速度因受附着力的限制而具有很大的局限性。因为随着轮轨列车运行速度的逐渐增加，车轮与轨道间的附着力会逐渐减小，同时，列车所受到的空气阻力会逐渐增大。当轮轨列车达到一定速度时，列车的牵引力值就会与阻力值相当，列车的速度将会不再增加，此速度就是其极限速度。随列车速度的增加，黏着力的减小，依靠黏着力的制动力会不断减小，其制动距离不断增大，严重影响其安全性，此外，对轮轨的要求也越高，轮轨建设成本成倍增加，严重影响其经济性。即便是现在最先进的高速动车组其正常运营速度也很难突破时速400千米。因此，若想再次提高列车速度，普通轮轨列车已经不再适用。为满足了人们对列车的高速、舒适、安全、经济性等要求，经过众多努力，将列车悬浮起来，实现列车与地面轨道零接触，并利用电磁力来驱动列车运行的磁悬浮列车的设想终于变成现实，在1937年由德国HermannKemper工程师率先申请了磁悬浮这一专利。
3高速磁悬浮列车牵引供电系统谐波优化
3.1牵引供电控制系统
牵引供电制控系统是一个安全性要求很高的系统，其安全可靠性直接关系到磁悬浮列车的安全稳定运行。牵引供电制控系统主要用来对磁悬浮列车牵引系统、高压电路、辅助电源系统、悬浮控制系统等进行控制、监视、故障诊断和记录。
发生故障时，监控装置采集、存储故障跟踪数据，数据输出到地面设备，便于故障分析，并采取迅速、准确的措施，确保故障时进行保护。
牵引供电控制的工作原理与其特性的关系是密不可分的，牵引供电控制系统以INTEL公司的CPU（80C196MC）为核心，其外围电路包括数据采集、故障保护、信号转换、信号移相、信号驱动、通信及电源保护等。
通过牵引供电控制系统可以实时采集电源的输入电压、输出电压、输出总电流、充放电流等电气参数，通过处理后判断电气参数是否超标。当其发生故障时，控制系统判断出故障类型，电源工作状态及故障类型通过指示灯显示，并通过MVB总线与列车中央处理单元CCU通信，显示电气参数、故障类型、故障级别等重要信息，最终反馈至司机室内智能显示单元IDU显示屏上。
3.2悬浮控制器各模块设计
（1）主电路设计。因磁悬浮系统的非线性特性，悬浮控制的数据计算量很大。同时，悬浮系统的对控制器的快速性有较高的要求。TMS320F2812作为一款专门用于控制的高性能定点DSP处理芯片，具有很强的实时性和快速性，能够满足上述要求。两者互相配合，协同工作，大大提高了运算效率和运算速度，满足了复杂悬浮控制系统对于精度和实时性的要求。（2）各外围电路的设计。①滤波电路。传感器采集到电流、气隙、加速度三路信号需要进行适当处理，最终转换为数字信号。外界电路可能产生高频噪声，这种高频噪声叠加在传感器的信号之上，会造成信号混叠现象。悬浮控制系统对数据可靠性的要求较高，所以需要对信号进行滤波。滤波器能抗混叠、去除噪声，提高系统精度。②信号调理电路。信号经过滤波电路滤波后，还需要经过调理电路进行适当调理，使信号的电流或电压满足A/D转换器输入端的输入要求。调理电路主要功能为比例缩小和平移，调理后的模拟信号的电压范围为0～3V。
3.3驱动系统
磁悬浮列车的驱动系统是利用直线电动机的原理驱动机车运行的。车辆下部电磁线圈类似于同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场绕组类似于同步直线电动机长定子绕组。当作为定子绕组的电枢线圈通电时，由于电磁感应，从而推动转子转动。因此，当三相调频调幅电力被供给地面轨道内侧的驱动绕组时，由于电磁感应原理作用于车辆下部的电磁线圈上，产生的感应磁场推动列车做直线运动。这种将定子线圈安装在轨道上，转子线圈安装在车辆上的驱动类型称为长定子短转子的同步直线电动机驱动，由于地面直接给固定的轨道供电，可适用于高速运行。另一种是将定子安装在车辆的底部，转子线圈安装在轨道上的驱动方式称为长转子短定子异步直线电机驱动，由于需要受电弓给定子绕组供电，受受电弓速度限制它适用于高速运行。导向系统：磁悬浮列车的导向系统是靠导向电磁铁提供的侧向力来保证的。在磁悬浮列车底部安装的导向电磁铁通过与铁磁轨道之间产生的相互作用力来保证车辆与导轨两侧间隙相等，当列车偏离轨道时，通过调整导向电磁铁电流的大小实现对侧向间隙的调整，从而实现导向的目的。
结语
牵引供电系统是磁悬浮铁路的核心技术之一。经过降压、整流、逆变，将民用电力网的电能转化为电压频率可控的输出电源，悬浮、驱动、导向磁悬浮列车，实现了列车安全、稳定地运行。同时，为磁悬浮列车车载设备提供交直流电源，确保电气设备正常运转。牵引控制系统通过控制、监视、故障诊断和记录等流程，确保故障时及时进行保护，保证磁悬浮列车的安全稳定运行。
参考文献
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