适用于高原铁路的贯通供电方案及组合式变换器控制策略

高原铁路存在长大坡道、外部电源容量较小等问题,加之常规高速铁路固有的负序和过分相问题,使得高原铁路牵引供电系统面临较大困难。牵引变电所全线贯通供电是解决高原铁路供电问题的有效技术手段之一。针对现行同相牵引供电系统和贯通供电系统的不足,提出一种采用组合式变换器的贯通同相供电系统方案。介绍贯通供电系统和功率平衡原理,采用瞬时功率理论设计直接功率控制器,完成控制系统的设计。以3个变电所构成的贯通系统为例,搭建负序治理的相关仿真模型。仿真结果表明,所提方案和控制策略具有有效性和准确性。     

采用潮流控制器的贯通型牵引供电系统负序治理模型及控制策略

针对树形双边贯通牵引供电系统负序导致的电力系统侧公共连接点处三相电压不平衡问题,提出在树形双边贯通牵引供电系统中加装由降压变压器、潮流控制器（PFC）和控制器组成的补偿装置进行功率转移的负序补偿方案;在建立采用PFC的贯通型牵引供电系统拓扑结构和数学模型的基础上,设计合理的约束参数和控制策略,通过控制补偿装置改变电力系统侧功率分布,从而实现负序补偿;采用MATLAB/Simulink仿真试验平台,分析补偿装置所需容量随负序补偿程度的变化规律,并计算最小化负序补偿容量,对补偿方案进行验证。结果表明：基于功率转移的负序补偿方案能够灵活调节公共连接点处负序功率和无功功率含量;可将公共连接点处三相电压不平衡度的最大值降低至4%,95%统计值降低至2%,满足了国家标准,从而验证了基于功率转移负序补偿方案的有效性。     

基于YN,3d-1变压器的同相AT牵引供电系统

提出了基于YN,3d-1变压器并结合两单相变流器和自耦变压器(AT)的供电方式。它实现了同相牵引供电,牵引变电所一次侧不再轮换,变电所单相供电,不用设置分相绝缘器;通过实时检测系统的综合补偿电流控制变流器,平衡三相,动态滤除无功和谐波电流。讨论了其补偿原理,给出了指令电流检测和变流器控制方法。分析和仿真证明,该同相供电系统是可行的。     

基于有源滤波器的V,v接同相供电系统

针对电气化铁道牵引供电系统三相严重不平衡,存在大量谐波和无功,尤其是相邻供电区段间必需用分相绝缘器分隔问题,将V,v接变压器与有源滤波器和AT供电方式有机结合,构造出新型同相牵引供电系统。系统中V,v接变压器的一个带中抽头的副边绕组接AT牵引网,并通过有源滤波器接另一副边绕组,使各供电区段电压相同,从而可以取消分相绝缘器;以检测到的同相综合补偿电流为参考,控制有源滤波器消除三相不平衡,并滤除谐波和无功。仿真证实该同相供电系统方案正确可行,适宜应用于高速电气化铁道。     

基于树形双边供电的重载铁路贯通同相供电方案

结合重载铁路既有供电方式特点,提出一种适用于重载铁路牵引供电系统的贯通同相供电方案。介绍该贯通同相供电方案的3项关键技术,即:组合式同相供电技术、树形双边供电技术以及牵引网分段供电与状态测控技术,并对树形双边供电系统的均衡电流以及单线牵引网阻抗进行详细研究;以某既有重载铁路牵引供电系统改造工程为例,将该贯通同相供电方案应用于该线路牵引供电系统工程改造中;通过理论分析以及实测分析,分别从运行模式、均衡电流实测分析、牵引网分段测控技术的适应性等角度对该既有线路贯通同相供电改造方案可行性进行分析。研究结果表明:基于树形双边供电的贯通同相供电方案可行,且兼顾更好的系统性能以及技术优势。     

基于YNvd接线变压器的同相牵引供电系统

基于YNvd接线变压器的同相供电系统有其优越性,利用有功电流分离法检测其综合补偿电流,并通过滞环比较电流控制方法对IPFC进行有效控制,可消除牵引系统造成的三相不平衡,滤除谐波和无功电流。在Matlab/Simulink环境下建立该同相供电系统,仿真验证了系统结构、电流检测方法和控制策略正确,方案可行。     

树形双边贯通供电系统运行策略及对外部电源的负序影响

树形双边贯通供电系统能够实现长距离无分相贯通供电,提高系统的再生制动能量直接利用率。当树形双边贯通供电方案仅由单相接线变压器构成时,列车在公共连接点处产生的三相电压不平衡度将加剧,一旦负序超标,将面临负序带来的不利影响。为了确保系统的良好运行,避免负序带来的不利影响,有必要评估系统的负序情况。分别研究采用单相接线变压器和采用组合式同相供电装置构成的树形双边贯通供电系统及其运行策略,针对采用组合式同相供电装置的方式提出同相供电装置的就地控制策略。以公共连接点处三相电压不平衡度作为评估树形双边贯通供电系统对外部电源的负序影响的评估指标,分别构建传统Vv接线变压器的单边供电系统、采用单相接线变压器构成的树形双边供电系统和采用组合式同相供电装置构成的树形双边供电系统的负序评估模型。以某线路为例,基于构建的负序评估模型对采用树形双边贯通供电方案后的系统的三相电压不平衡度进行评估,并与既有供电方案的结果进行对比,采用单相组合式同相供电的树形双边供电改造方案后,三相电压不平衡度最大值为1.65%,95%概率大值为1.20%,均符合国家标准。结果表明采用树形双边贯通供电系统方案负序问题得到了极大的改善...     

单台Yn，d11式变压器构成的新型同相供电系统

单相工频牵引供电系统对电力系统造成了三相负载不平衡、无功和谐波污染问题,同时对通信信号有严重的干扰,制约了高速、重载铁路的发展。针对单台接线式变压器,在BT供电方式的基础上,以三相三桥臂结构,将有源滤波器与Yn。d11接线变压器结合构成新型同相供电系统。根据瞬时无功功率理论,通过有功电流分离法实时检测谐波及无功电流,并结合平衡变换原理平衡负序。仿真证实平衡方式和检测控制方法正确,该系统方案可行。     

新型贯通同相供电系统建模与运行特性分析

针对既有牵引供电系统所存在的以负序为主的电能质量问题以及不利于高速、重载铁路发展的电分相问题和系统效率利用问题,研究依托大功率电力电子器件的新型贯通同相牵引供电系统拓扑结构,以牵引供电系统、同相补偿装置以及牵引负荷为研究对象,构建新型贯通同相牵引供电系统数学模型,计算系统潮流分布,优化同相补偿装置容量配置。实例分析表明,上述模型能够正确反映新型贯通同相供电系统的运行特性,为新型贯通同相供电系统的工程应用提供了数据支撑。     

同相贯通牵引供电系统保护方案研究

针对电气化铁道,在同相牵引供电基础上给出了一种牵引网全线贯通的供电方式。对同相贯通牵引供电系统的整体结构作了简要的介绍。另外,在研究贯通供电方式的前提下,设计了一种适合同相贯通供电的保护配置方案。     

基于MMC的同相供电有源补偿器

针对电气化铁路存在的负序、谐波和无功的电能质量问题以及机车过分相问题,提出一种基于模块化多电平变换器MMC(Modular Multilevel Converter)的新型同相牵引供电系统。其较传统的同相供电系统优势在于:使用目前高铁普遍采用的结构简单的V/V变压器替代结构复杂的平衡变压器;APC采用三相换流器替代单相背靠背换流器,可节省一相换流器桥臂;三相换流器采用MMC结构,可省去降压隔离变压器。同时提出相应的控制策略用于补偿机车负载的负序、谐波和无功。仿真验证了新型同相牵引供电系统的正确性和有效性。     

基于斯科特变压器的新型同相AT牵引供电系统

针对电气化铁道牵引供电系统三相严重不平衡造成各供电区段需要用分相绝缘器分断,从而制约了高速、重载铁路的发展,提出了一种基于斯科特变压器的新型同相AT牵引供电系统,阐述了平衡变换原理及控制和补偿电流实时检测方法,仿真证实该文提出的平衡方式、检测与控制方法是正确的,同相供电系统方案切实可行。     

轨道交通柔性牵引供电技术现状及发展综述

针对传统电气化铁路牵引供电系统存在过分相环节、三相不对称、负序电流及多次谐波电流引入电网等难题，本文介绍总结了柔性牵引供电技术两种主要技术形式的特点趋势，侧重分析了贯通式同相供电技术的系统结构与基本特性，提出了贯通式同相供电的关键技术及研究发展方向，建议开展：全贯通线潮流分析与协同控制、车网耦合系统稳定性分析及振荡抑制、全贯通线系统保护等方面的研究。     

基于有源滤波器的单台接线变压器仿真研究

电气化铁道牵引供电系统三相严重不平衡,存在大量的谐波和无功,各供电区段需要用分相绝缘器分断.制约了高速铁路和重载铁路的发展.基于有源滤波器的同相供电系统的关键技术是检测补偿电流的实时性,检测的精度高低与动态响应性能好坏直接影响补偿效果.针对单台接线变压器,分析适合它的谐波和无功实时检测技术,平衡变换装置和有源滤波器的控制方法,基于MATLAB/Simulation建立了仿真模型,对单台接线变压器构成的同相AT牵引系统进行了仿真.     

基于三相-单相变换器的牵引供电系统及并网控制

为了解决过分相给牵引供电系统带来的问题,研究了三电平三相-单相二极管箝位变换器,把三电平三相-单相变换器用作牵引变电所核心设备,搭建了基于此变换器的贯通式牵引供电系统。分析了三相变换器数学模型,设计了变换器控制系统,研究了单相变换器在贯通式牵引供电系统中的并网控制。利用Matlab／Simulink建立了三变电所贯通式牵引供电系统,仿真验证了该系统架构以及三相-单相变换器的控制性能和并网性能,证明了该系统的可行性。     

贯通式同相供电方案优化设计

贯通式同相供电采用单相供电,变电所内采用的结构为牵引变压器+同相供电补偿装置,取消了牵引变电所出口处和牵引网上的电分相。贯通供电时,相邻变电所可以同时向牵引网内的机车供电。本文分析了牵引变电所近期和远期的可靠性,比较了备用度不同时牵引供电系统在可靠性方面的差异。进一步分析满足双边供电时,2个和3个变电所上分流系数和牵引网上的功率损耗变化情况,最后得出贯通式同相供电补偿装置的控制策略。     

新型同相牵引供电系统设计与评估

为解决现有电气化铁道牵引供电系统存在的大最负序、谐波和无功及相邻供电区段需要用分相绝缘器分隔等问题,提出采用同相牵引供电系统并对牵引变压器和综合补偿装置等关键设备优化选型.利用数学模型对所选电气设备的工作特性进行分析,并结合我国电气化铁路实际需要,建立基于直接供电和AT供电方式的新型同相牵引供电系统.从技术性和经济性方面对新型同相牵引供电系统分析和评估的结果表明:新型同相牵引供电系统能够在改善电能质量和避免电分相的同时,还能够提高系统运行的效率和可靠性.     

电气化铁路综合补偿器控制策略研究

为解决电气化铁路牵引供电系统中存在的负序、谐波与无功等电能质量问题,设计一套由三相三电平补偿器通过多绕组降压变压器并联构成的综合补偿器。根据综合补偿器的基本结构与工作原理,设计适用于牵引供电系统中有害电流的检测策略,提出基于正、负序双闭环控制与预测电流控制相结合的复合控制策略,以实现综合补偿器直流侧电压的稳定与负序、无功和谐波电流的实时补偿。通过仿真和试验验证综合补偿器及其电流检测、控制策略在解决牵引供电系统三相网侧的负序、谐波和无功等电能质量问题方面的可行性与优越性。补偿后,变电所网侧功率因数可达0.99以上,总谐波畸变率低于3%,电流三相不平衡度低于2%,为工程应用提供了有价值的参考。     

新型牵引供电系统的改进下垂控制策略

为解决目前交流电气化铁路中存在的电能质量和过分相问题,研究了一种基于MMC-MTDC的新型牵引供电系统。针对负载频繁变化引起网侧功率出现较大超调现象,提出了一种基于PI控制器的改进下垂控制策略,该策略兼顾了稳定直流电压和改善功率流两个方面,并对该控制策略的稳态和暂态特性进行了分析。针对单相MMC存在的二倍频环流会引起直流侧电压和功率的二倍频波动,同时对网侧功率波动造成影响的问题,采用比例复数积分(PCI)控制器设计了同时适用于三相和单相MMC的环流抑制器。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建详细仿真模型,模拟牵引供电系统的运行工况,验证所提控制方法的有效性。     

采用有源滤波器实现平衡变换的供电系统研究

提出了一种基于平衡变换的新型牵引供电系统方案,采用有源滤波器实现单相牵引系统与三相电力系统的平衡变换,可以消除电气化铁道对电力网的不利影响。该系统能实现同相供电,取消电分相绝缘区;在电力系统的每个接入点处,牵引系统都是一个三相平衡的纯阻性负载,对电力系统造成的三相负载不平衡、无功功率及谐波污染等问题不复存在。文中分析了平衡变换的原理、系统的构成和控制方法。利用计算机仿真手段对系统进行了研究和验证。