随着燃料电池技术高速发展，燃料电池机车具有高效、环保等优势，被认为拥有巨大潜力的新型轨道运输设备。与传统的内燃机车和电力机车相比，燃料电池机车的优势在于：清洁、高效；是一种自给式机车，受灾害、战争等外界突发事件影响较小，应急救援反应速度快；无需传统接触网及牵引供电系统，提高了可靠性，降低了基建成本。
1 牵引系统
大功率氢燃料电池混合动力机车牵引系统配属了两组氢燃料电池、四组动力蓄电池、一台变流器、一台DC/DC柜和六台牵引电机。变流器实现机车牵引逆变供电和辅助逆变供电，变流器主电路拓扑共两架，每架中间直流拖动三台牵引电机和一组辅助变流器。
整车供电分两种工况：轻载工况时采用动力蓄电池供电运行；重载工况时，通过操纵台上混合供电行程开关，整车给DC/DC柜指令，动力蓄电池通过DC/DC柜给氢燃料电池充电；整车通过网络接收氢燃料电池启动完成指令后，下发DC/DC柜反向工作指令和整车功率需求指令，实现氢燃料电池和动力蓄电池混合供电。
牵引系统的主要技术参数：
机车轮周最大牵引功率：3000kW
机车轮周最大制动功率：2000kW
机车最高时速：100km/h
持续速度：21.7km/h
供电方式：直流供电（氢燃料电池与动力蓄电池组成）
工作电压范围：DC1200V～1720V
轴式：2（CO-CO）
恒功率速度范围：牵引21.7～100km/h；制动20.6～100km/h
2 试验系统及原理
地面联调试验系统由供电电源系统、负载系统、辅助配电系统以及测量系统组成，主要应用于传统电力机车牵引系统联调试验。
供电电源系统额定容量6500kVA，从10kV电网取电，经变压器将三相10kV转换为单相10kV，通过有载调压变压器将单相10kV转换为17~31kV的单相交流电。负载系统可提供三轴机车电传动系统联调试验，单轴最大功率2000kW，电机最高转速4500r/min。
3 技术分析
识别大功率氢燃料电池混合动力机车牵引系统地面联调试验需求，目前存在主要问题是如何在现有的试验平台上提供直流供电。经分析有三种解决方案，第一种是采用燃料电池供电方式；第二种是采用直流电源经过串并联组合供电；第三种是采用交流电源经降压和整流后供电。对比三种方案的优缺点，选出最优方案。
方案一：采用燃料电池供电，1组氢燃料电池、2组动力蓄电池。氢燃料电池虽然具有无污染、无噪声、高效率等优点，但地面联调试验不同于室外的装车试验，需要在室内场地进行，氢燃料电池中的氢气一旦发生泄露将存在爆炸风险，并且使用动力电池作为试验电源一次性投入大、可重复利用性差。
方案二：采用直流电源供电。从10kV电网取电，经有载调压器调压，再经变压器降压后供给整流器，整流器通过AC-DC变换后输出可调直流电（DC1000V，1000A），整流器采用不可控整流电路，该直流电源共有4组，通过2组串联2组并联后可输出电压DC2000V，电流2000A，直流电压范围能满足试验要求。然而直流电源在负载进行投切时电压会出现升降变化，只能通过人为操作调压器去调节电压，存在过压和欠压的风险；
方案三：交流电源经降压和整流后输出直流电。采用自主研发牵引变流器和其配套的牵引变压器作为电源系统的一部分，直流供电点位为A、B点。从17-31kV单相电源取电，通过牵引变压器降压，牵引变流器四象限整流调制，提供稳定的直流电压。同时可实现将大功率氢燃料电池机车牵引系统制动工况产生的能量回馈给电网。
综合考虑电源性能和经济性，第三种方案为最优方案。
4 试验方案
大功率氢燃料电池混合动力机车牵引系统地面联调试验系统主要由电源系统、牵引系统、负载系统、测量系统、通风冷却系统构成。电源系统：使用试验站的25kV单相电源，经牵引变压器降压后供给交-直-交牵引变流器的四象限整流器，整流出来的1500V直流电作为被试牵引系统的直流电源。牵引辅助系统：由1台被试牵引辅助变流器以及配套的3台牵引电机组成。牵引变流器部分输出三相变频变压交流电，由直流母线供电经逆变器转换而来。辅助变流器部分输出三相定频交流电，由直流母线供电经逆变器、降压变压器及滤波回路而来。
负载系统：分为牵引负载和辅助负载。其中牵引负载由3套能量互馈型负载系统组成，每套包含1台变压器、1台变频器、1台电动机和一台齿轮箱，该负载可以实现对转速的精确控制，并且能在牵引模式和制动模式两种工况下工作。
测量系统：主要包含了单相测量柜、三相测量柜、功率分析仪、转矩转速传感器、示波记录仪、数据采集器等，可实现对电参数、机械参数、温度参数的采集，以及整个系统运行状态的监控。所有仪表参数均由局域网上传至PC,可以从局域网内PC调取任一台仪器的监测界面。
通风冷却系统：系统联调试验平台还包含一些通风冷却的辅助设备，包括牵引变压器和变流器本体冷却单元、牵引电机风机、负载电机风机、辅助负载风机等。风机电源均采用冗余配置，确保冷却系统可以长时间稳定运行。
5 试验验证
大功率氢燃料电池混合动力机车牵引系统牵引系统地面联调试验平台搭建完成后，分别进行了牵引工况和制动工况的性能验证。整个试验系统供电电压平稳，在额定电压的±5%范围内，受转速、转矩变化影响较小，成功模拟了动力电池供电效果。牵引系统各速度点的测量转矩与规定值之间的偏差在规定值的+5％之内，满足设计文件要求。
6 结束语
本文介绍大功率氢燃料电池混合动力机车牵引系统牵引系统地面联调试验方案。通过试验资源整合和设备利用，实现了地面联调试验系统的能量互馈，既节省了电能和购置动力电池的费用，又满足牵引系统的动、静态的性能验证。
参考文献：
[1] 霍连文，郭建斌.采用双变流器 - 电机能量互馈的交流传动系统[J].机车电传动， 2004（4）： 50- 52.
