电气化铁道牵引供电系统的综合有源补偿技术

更新时间:2024-02-10 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:17212 浏览:72753

摘 要:文章对比分析了电气化铁道负序电流的各种抑制方法,探讨了目前电气化铁道有源补偿存在的问题,分析了综合有源补偿工作的原理,以期为电气化铁道的有源补偿方法提供参考.

关 键 词:电气化铁道;牵引供电系统;综合有源补偿;负序电流抑制法

中图分类号:TM922文献标识码:A文章编号:1009-2374(2012)04-0036-02

铁路电气化建设不断加快,随着其用电量的攀升,尤其是其长期存在的功率因数低、谐波含量高及负序等问题,对公共电网的电能质量产生了突出的不良影响.如基波无功率能够使线路损耗增加,引起电网电压较大波动;高次谐波影响各种电气设备的正常工作,对通信系统造成干扰和破坏;负序则可能引起大面积的停电事故;等等.要消除这些不利的影响,就要有针对性的采取各种技术方法.

一、电气化铁道负序电流的抑制方法

(一)方法及对比

对于负序电流来说抑制方法和措施多种多样,笔者将其综合对比如下表所示:

(二)我国电气化铁路有源补偿存在的问题

我国高速电气化铁路有源补偿主要是在牵引变电所进行,目前存在的主要有:一是装置昂贵,应用受限;二是无统一的拓扑分析方法;三是单相电流检测的准确度和速度性都应进一步提高;四是电流控制的补偿效果需要进一步提升稳定性;五是有源补偿的主电路需进一步优化,提高效率、安全性和可靠性.

二、电气化铁路综合有源补偿工作原理

原有的解决电气化铁路电能质量问题,存在补偿容量大、难以实现负荷动态补偿的问题,如果采用优化方法进一步降低补偿容量,则动态特性比有源补偿要差.如果选择混和有源补偿拓扑结构,首先要考虑有源补偿的成本,还有就是控制电路的复杂度,两者都要兼顾.本文提出的综合有源补偿方案可解决单相牵引负荷负序问题,还能够同时抑制谐波和无功,其装置结构如图1所示:

在原有基础上,增加电流平衡补偿装置(由耦合变压器、输出滤波器、单相双向变流器和直流环节等构成).电流平衡补偿装置实现的功能包括:对两臂负荷进行谐波抑制;对两臂负荷进行无功功率补偿;实现两臂负荷的有功功率传输,实现电流平衡,消除负序电流.通过电流平衡补偿装置可以保证两臂负荷达到最小平衡度要求,只要能检测出α相和β相个电流分量,就可以电流一直、无功功率补偿和两臂负荷平衡,电气化铁路综合有源补偿装置则可以实现负序的完全补偿.

谐波抑制:电流平衡补偿装置输出电流满足公式,就可实现谐波抑制,此时电网电流为;无功功率补偿:电流平衡补偿装置输出电流满足公式,可实现无功功率补偿,此时电网电流为;两臂负荷平衡补偿:电流平衡补偿装置输出电流满足公式,就可实现两臂负荷平衡补偿,此时电网电流为;综合补偿:电流平衡补偿装置输出的电流满足公式,此时电网电流为,此时电网电流不含谐波分量,武功分量,并且两臂电流的有效值相等,如此就实现了电气化铁路谐波、无功和负序的综合补偿.

三、施工是需要考虑的其他因素

电子器件的选择

电子器件的选择主要应该考虑如下因素:开关速度、电压等级、电流等级、开关频率等.电力电子器件主要有GTO、MOET、IGBT、IGCT等.一般大容量(1000kVA以上)的有源补偿采用GTO,中小容量(1000kVA以下)的有源补偿采用IGBT.IGBT的开关频率高、损耗大,GTO的开关频率低,对高次谐波补偿效果差.


电力电子器件电压等级是根据直流侧电容电压选取的;电力电子器件电流等级根据最大的补偿电流峰值的2倍选取;电力电子器件的工作频率根据补偿的需要而定.

输出滤波器

电气化铁路电流平衡补偿装置在实现有功功率交换、无功和谐波补偿的同时也会输出一定的高频谐波毛刺,是由变流器的开断带来的.为了消除高频信号注入电网中,需要设置输出滤波器.结构图中的Io和Co构成了电气化铁路电流平衡装置的输出滤波器.

(三)直流电容的选择

直流电容为电气化铁路有源补偿提供一个稳定的直流电压源,是有源补偿电路的一个重要环节.直流电容设计分为直流电容上电压取值和直流电容容量取值.直流电容的选择可遵循多种方法,可根据具体的施工情况选择调整.

四、结语

在单相电气化铁路供电中,其所引起的无功、谐波和负序等电能质量问题比较突出.在本文研究的基础上,还可进一步深化电气化铁路有源补偿拓扑的研究,进一步改进主电路结构,降低有源元件的容量,降低设备结构和控制复杂程度,减少开关损耗并提高设备利用率.通过不断优化设计和严格施工,相信无论是设备运行成本、铁路运输的安全可靠性等都会得到进一步的提升.

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