重载铁路平衡供电系统改造的工程化设计研究

为提高重载铁路供电臂再生制动能量利用率,实现平衡供电,补偿无功、谐波,抑制负序,平衡供电装置成为近年重载铁路的关注对象,在既有牵引变电所中增设平衡供电装置的改造项目与日俱增。结合平衡供电系统在大准线某牵引变电所的实际改造应用情况和经验,对平衡供电系统包括主接线、总平面布置、防雷保护范围核算、牵引网侧保护配置及定值计算的工程化设计应用方案进行分析探讨,提出了平衡系统改造工程化设计的重点以及改造方案的建议。

适于电气化铁路的三相两臂混合有源补偿研究

为治理电气化铁路中机车负载引起的电能质量问题,讨论了一种能应用于电气化铁路三相有源补偿的新型拓扑电路。该三相两臂混合有源补偿结构的主电路采用三相两臂并联型混合有源补偿器的拓扑结构,其开关元件数量与三相桥式相比减少2个,成本较低。由于逆变器仅有两个开关臂,为此提出一种适用于三相两臂的无功、负序和谐波检测方法及坐标变换矩阵,运算量及存储空间大大减少。通过分析其工作原理、控制原理及策略,建立该三相两臂混合有源补偿器的Simulink仿真模型。仿真分析表明,该三相两臂并联型混合有源补偿器可以有效地抑制电力机车负载对电力系统产生的负序问题,抑制了无功和谐波对电网影响,提高了电网电能质量,并验证了所提出结构和控制方法的正确性。

适于电气化铁路的三相四开关型有源滤波器选择性谐波补偿的控制策略

为提高有源电力滤波器(active power filter,APF)的补偿性能和动态响应,提出采用选择性谐波补偿控制策略对待补偿谐波分量进行跟踪。针对普速和高速电力机车负荷特性,采用基于同步基波旋转坐标系的谐波电流检测方法及矢量比例积分(vector proportional-integral,VPI)调节器的选择谐波补偿方式,以减少电流控制环节的运算量,在补偿装置容量有限时可以选择补偿危害最大的谐波成分并提高待补偿谐波分量的跟踪精度。最后通过MATLAB仿真研究,电流总畸变率(total harmonic distortion,THD)由33.9%降至2.99%,负序与无功问题均得到解决,验证了VPI控制方法可以有效提高补偿精度,指令电流为混合谐波指令时,可以对其中主要次数谐波进行有效选择及跟踪,跟踪误差小,动态响应快,能够解决电气化铁路中的电能质量问题。

适用于高速铁路的三相四开关型滤波器的电流重复控制设计

为了解决高速电气化铁路存在的高次谐波及负序电流等电能质量问题,在降低有源补偿设备成本的前提下,提出将三相四开关型有源电力滤波器(APF)用于高速电气化铁路的电能质量补偿。在对三相四开关型APF的拓扑结构及数学模型进行分析的基础上,将重复控制应用于三相四开关型APF的输出电压控制中,以提高其跟踪精度,改善补偿效果。根据高速铁路负荷的特性,给出改进重复控制器的设计和稳定性分析方法。MATLAB仿真结果验证了改进的重复控制器可以有效提高三相四开关型APF的补偿精度和动态性能。

基于无谐波检测和选择性谐波补偿原理的组合式同相供电系统控制策略

针对组合式同相供电系统同相补偿装置(CCD)的常规控制方法受负载电流检测精度影响严重,且不能良好跟踪高速铁路负载高次谐波电流的缺陷,提出一种选择性谐波电流控制策略。该控制策略仅需要保留CCD的两单相变流器输出电压、电流的检测部分,不需要检测负载电流;并通过矢量比例积分控制器对连接负载的单相变流器输出电流误差中的各次谐波单独跟踪。该设计方法不受负载电流检测精度的影响,对牵引负荷各个频段谐波都具有良好的跟踪性能。利用MATLAB/Simulink搭建组合式同相供电的常规控制模型、改进控制模型和基于改进控制策略的半桥四臂模块化多电平电路模型,对交-直型、交-直-交型、混跑3种负载分别进行控制,仿真验证了改进电流控制方法的正确性以及在实际工程实现中的有效性。

组合式同相供电系统容量配置优化及分析

为优化组合式同相供电系统同相补偿装置的容量,在牵引变电所端口电气量分析的基础上,利用变压器平衡接线和对称分量法原理,对同相补偿装置和牵引变压器的相对容量(β_1)、电网侧负序和无功功率关系进行了分析。通过分析组合式同相供电系统结构,得到牵引变压器容量、同相补偿装置容量、系统短路容量和负载容量之间的关系,进而求得组合式同相供电系统在完全补偿、满意补偿条件下的β_1值。分析表明,完全补偿时,β_1等于1。无功满意补偿时,高速铁路不设无功补偿,功率因数可满足国标;普速铁路根据负载功率因数设置无功补偿度。负序不平衡度满足国标时,根据短路容量和负载容量设计β_1。最后利用Matlab软件仿真验证了该结果的正确性。

组合式同相供电系统的网侧功率因数和不平衡度分析

组合式同相供电系统容量配置对补偿效果和工程造价至关重要,在牵引负荷无功和负序全补偿、欠补偿的情况下,分析了单相以及单三相组合式同相供电系统中,补偿后电网侧的功率因数和不平衡度与补偿装置和牵引变压器的容量比、无功补偿度、以及牵引负荷功率因数之间的关系。以补偿后网侧功率因数和不平衡度是否满足国标作为满意补偿的约束条件,分别以补偿装置容量、补偿装置以及牵引变压器容量和最小为目标函数,建立2种优化模型。最后,通过Matlab/Simulink仿真结果验证了建立的目标函数、设置约束条件以及优化结果的正确性。计算和仿真结果分析表明,相同牵引负荷条件下,单三相组合式补偿后的网侧功率因数高于单相组合式;单三相组合式同相供电系统的网侧电流不平衡度高于单相组合式;牵引变压器和补偿装置的容量比为1时,网侧负序不平衡度为0。