電力電子技術的新型牽引供電系統研究論文

電力電子技術的新型牽引供電系統研究論文

　　摘要：牽引供電系統存在著諧波、無功、負序等等其自身無法解決的問題。并且對高速鐵路的安全運行構成了嚴重的威脅。主要是探究了利用電力電子技術和構成的新型牽引供電系統。新系統具有綜合經濟技術性能優越的強大優勢，其通信防護效果也比較好。利用電力電子技術可以有效的濾除諧波，消除系統不平衡現象，實現穩定的為用戶供電的目的。主要是從利用電力電子技術構建的新型牽引供電系統優勢，來增強供電的可靠性與安全性入手，針對其存在的問題，提出了相應的方案。

　　關鍵詞：電力電子；牽引供電系統；優勢；問題；對策

　　1利用電力電子技術構建的新型牽引供電系統優勢

　　1.1節省了自動過分相裝置的投資費用

　　為了實現自動過分相，限制大部分都安裝自動過分相裝置。這樣的設備投資巨大，并且日常的維護頻繁，維護的投入也不少，同時也比較復雜的。比如：1000公里左右的鐵路地面自動過分相裝置，其投資超過600萬元。那么采用新型車載自動過分相，只需要在線路旁邊設置磁鐵，在火車上裝一個控制器，這樣便有限的減少了自動過分相裝置的投資費用[1]。

　　1.2節約電價

　　牽引供電系統中，采用同一端口供電，負荷的均衡性得到良好改善，提高了變壓器負荷側的功率因數，降低了負序電流不對稱情況，釋放了變壓器的容量，降低了變壓器油溫升，有效的降低了耗電量[2]。

　　1.3節省的變壓器有功功率損耗費用

　　牽引變壓器有功功率的主要損耗，是銅耗和鐵耗。在同相供電系統中，因為負序和諧波功率，可以被潮流控制補償，甚至是消除。那么，牽引負荷三相對稱，牽引變壓器的損耗可以得到降低。

　　2現有牽引供電系統的主要問題

　　首先，現在的牽引供電系統，為了節省開支，大部分使用單相工頻交流制。但是這種方式主要是系統三相嚴重不平衡，其交流電氣化的鐵道牽引負荷不平衡。當兩個臂負荷完全相同的情況下，采用平衡變換的變壓器，電流不對稱程度的情況非常嚴重。由于兩臂同時有的負荷小，并且機車類型和機車工作狀態的負荷有不同。三相總是處于嚴重不平衡的狀態[3]。其次，換相聯接后任意3個異相供電臂都有相同負荷時，3個異相供電臂負荷都不同。換相聯接對三相不平衡的特點，改善效果不明顯程。此外換相聯接后的分相絕緣器使用，使電力機車安全平穩通過存在較大的隱患。并且無論是分相或是分段絕緣器，在電氣上的使用都是相對脆弱的部分。如果有高速列車通過時，絕緣器形成的硬點，都會對受電弓形成嚴重威脅，絕緣器同時也會燒損。并且這給火車司機的操作帶來了很大的不便。再次，是諧波與無功問題帶來的一些問題。我國的電氣化鐵道運行的流器電力機車，在不同的工作狀態下，其牽引負荷電流相位角的變化幅度不一樣，致使功率因數也十分不穩定。當高速機車處于再生制動時，機車電流反饋牽引網，電流相位角變回相對滯后。發生牽引網短路故障時，故障電流相位角也同樣滯后。正常的工況下，相位角的大幅度變化和牽引負荷電流動態的波動幅度不同意，這使得補償無功功率的難度加大[4]。

　　3利用電力電子技術構建的新型牽引供電系統

　　3.1新型牽引供電系統的結構

　　無源對稱補償技術和電力電子技術，都是解決現有牽引供電系統存在的問題的有效方法。這樣有良好的動態平衡與補償效果，其結構效果明顯。它主要由牽引主變壓器和平衡變換裝置所構成，可以起到變壓平衡變換、補償負載無功和諧波的作用。一般情況下，有源濾波器主要是用于抑制諧波和補償無功，而同相供電系統的平衡變換裝置的另外一個重要功能，就是實現平衡變換。

　　3.2同相牽引變電所的結構

　　同相牽引變電所的結構，與主變壓器接線的方式以及平衡變換裝置的結構變壓器等等的連接方式有很大關。有時，可能變壓器接線的方式有很多種，同相AT牽引變電所也就有多種接線類型。比如：三相三橋臂變流器結構或兩“背對背”單相變流器結構等等[5]。

　　3.3兩單相變流器變電所結構

　　兩單相變流器構成的同相牽引變電所結構（圖）虛線部分是主變壓器，它主要采用的是三相變四相平衡變壓器，其阻抗匹配平衡變壓器構成方式清晰可見。

　　3.4三相四橋臂變流器的結構構建

　　三相四橋臂變流器為核心的平衡變換裝置。主要是通過對平衡變換裝置適當控制，使得各變電輸出的同相位電壓，取消了分相絕緣器，從而可以實現同相供電，達到三相的完全平衡。主要工作優勢是。其只需要一臺工作變壓器和一臺平衡變換裝置。并且它的接線簡單，資金投入低，后期維護方便。平衡變換裝置的容量不會受到主變壓器的影響。一旦平衡變換裝置的故障時，系統就可以為無通信提供防護能力，采用最簡單的直供方式，可以保持繼續供電。平衡變換裝置主要由四橋臂變流器構成，其控制方法會比較較復雜一些，如果平衡變換裝置出現一些故障時，牽引網將可能會失去通信防護的能力。

　　本文主要是對新型的同相牽引供電系統，開展了一些談論，主要分析了基于無源對稱補償技術等等。隨著我國高速鐵路的迅速發展，對于同相牽引供電系統的運行和控制的研究也是十分必要的。本文從利用電力電子技術構建的新型牽引供電系統優勢入手開始探討，詳細分析了其實施的客觀必要性。此外，本文主要討論了控制器的控制模式，以及牽引變電所的運行方式。以期可以為同相供電系統應用的推廣提供重要基礎。

　　參考文獻

　　[1]張秀峰，連級三.利用電力電子技術構建的新型牽引供電系統[J].變流技術與電力牽引，2007（3）：49-54+59.

　　[2]何曉瓊.基于多電平三相-單相變換器的貫通式同相牽引供電系統研究[D].西南交通大學，2014.

　　[3]李猛.新型同相牽引供電系統仿真的研究[D].大連交通大學，2008.

　　[4]盧海霞.基于交直交逆變器新型牽引供電系統的研究[D].大連交通大學，2008.

　　[5]陳民武.牽引供電系統優化設計與決策評估研究[D].西南交通大學，2009.

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