Study on Electromagnetic Transient Condition of EMU Passing by Phase-separation with Electric Load in High-speed Railway

Aiming at the complex electromagnetic transient process of EMU passing by phase-separation with electric load in high-speed railway, mechanism of overvoltage caused by switching off, overvoltage caused by switching on and impact current is analyzed systematically in this article. π-type equivalent circuit of feeding section is put forward in the analysis of overvoltage mechanism. Overvoltage and overcurrent model of passing by phase-separation with electric load are also built. Correctness of mechanism was validated by simulation. In addition, the methods to solve the influence on substations, transformers and protection devices in this process are put forward, which provides a new idea on passing by phase-separation with electric load technology.

电气化铁路分区所多功能潮流控制系统及其控制策略研究

针对既有电气化铁路分段、分相式供电结构导致的列车过分相速度损失、再生制动能量利用率低等问题,提出一种分区所多功能潮流控制系统(multi-functional power flow control system for section post,SP-MPFC)及其控制策略,旨在充分利用变流设备容量,兼顾实现分区所处列车柔性过分相、牵引网末端电压稳定与再生制动能量转移利用。首先,介绍分区所多功能潮流控制系统的拓扑结构。然后,详细分析了柔性过分相、牵引网末端电压稳定与再生制动能量转移利用3种功能的实现原理。在此基础上,提出分区所多功能潮流控制系统分层控制策略,其中能量管理层计算系统内各个变流器的有功/无功输出功率参考值,设备层协同控制多个变流器快速跟踪各自功率参考值。最后,通过仿真验证所提系统结构与控制策略的有效性。

高速动车组自动过分相控制策略研究与仿真

为使电力系统三相负荷尽可能平衡,电气化铁道的接触网采用分段换相供电,自动过分相装置对于高速动车组安全运行具有重要意义。基于车上自动控制断电的自动过分相控制策略能够使动车组在不同控制模式下平稳通过电分相,并且防止出现电流冲击。

电气化铁路无断电过分相方案研究

电力机车在通过电分相环节时的断电-复电操作会引起机车过电压和过电流问题,严重危及电气化铁路和旅客的安全。提出一种新型过分相方案,使机车无断电、满功率地通过电分相环节。该方案包含一个单相背靠背变流器,变流器的两交流侧分别接入中性段及一个牵引供电臂。当有机车通过电分相环节时,利用变频移相技术使中性段电压在两牵引供电臂电压之间实现柔性的切换,从而能够消除电分相环节的供电死区。介绍了该方案的系统构成及工作过程,给出了背靠背变流器系统级和装置级控制策略,最后通过仿真实例验证了提出的方案及控制策略的有效性。

基于两相式模块化多电平变流器的电气化铁路不断电过分相装置拓扑研究

提出一种基于模块化多电平结构的电气化铁路不断电过分相装置拓扑,该拓扑无需变压器,可直接接入27.5 k V等级的牵引供电系统。拓扑采用两相式结构,两个交流输出端子分别接于中性段与一条牵引供电臂,直流支撑电容支路的中点接在钢轨上。建立了所提出拓扑的数学模型,并与应用于直流输电领域的三相式模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)拓扑进行了比较,两相式MMC拓扑的公共直流电容电压中不仅包含直流分量,还包含工频基波分量。基波分量的大小与两相输出电流之和成正比,与电容容值成反比。设计了装置级控制策略,提出对上下桥臂电流都采用直接电流反馈的闭环控制方式,保证装置交流输出电流具有较好的波形。利用PSCAD仿真和样机实验验证了所提拓扑及控制策略的正确性和有效性。

电气化铁路不断电过分相与电能质量补偿装置研究

为了解决机车过分相时出现的过电压、过电流以及牵引变电站产生的负序电流等电能质量问题,本文提出一种新的不断电过分相与电能质量综合补偿装置,该装置能够在机车通过电分相时消除供电死区,使机车不断电、满功率、无速度损失地通过电分相,在没有机车通过电分相时减小牵引变电站注入电力系统的负序电流和谐波。给出本文所提出装置的系统配置,对工作时序进行分析,研究了基于三桥臂模块化多电平结构的装置拓扑,并设计了相应的系统级和装置级控制策略。最后通过仿真验证了所提出装置及其拓扑和控制策略的正确性和有效性。

具备电压补偿功能的不停电过分相系统及控制方法

不停电过分相系统可保证机车连续供电,避免机车运行速度降低和遭受冲击电压电流。为进一步提高不停电过分相系统的可靠性和改善牵引供电网末端电压波动,该文提出一种基于三相模块化多电平变换器(MMC)的分相区不停电过分相系统(UPT)及其控制策略。首先,基于三相MMC的分相区UPT拓扑结构及其工作原理,分析了机车通过分相区域导致的牵引网末端电压波动原理和UPT的无功电压补偿能力;然后,在机车经过分相区的全过程中,分析UPT的电流传输特性,以保证两侧供电臂负荷有功分量线性变化;接着,提出了UPT的有功、无功以及整体的控制策略;最后,进行仿真分析和小容量实验。理论分析和实验结果表明:UPT能保证机车在不停电状态下平稳通过分相区,两侧供电臂负荷实现线性平稳变化,同时有效地解决了电压波动的问题。

基于智能摄像机的电力机车自动过分相系统

传统的电力机车过分相方法是司机按照线路上设置的断、合标志进行手动操作,已无法适应高速铁路系统的发展。本文设计了基于智能摄像机的电力机车自动过分相系统,采用工业智能摄像机作为系统的核心处理部件,结合车速传感器和全球定位系统,对车速和机车与标志的间隔距离进行测量,具有处理速度快、可靠性高的优点。实验证明,该系统能够准确地识别出铁路沿线的断、合标志,并控制最佳的断、合时间。

电力机车和电动车组自动过分相方案的发展方向

随着电力机车向高速发展、车内微机控制的普遍采用和完善,原有的3种自动过分相方案中,车上自动控制断电方案将是今后的发展方向。秦沈客运专线所采用的过分相预告信号及埋点方式仍是当前高速区段自动过分相的主流模式。

复线牵引网不断电过分相与电能质量补偿装置研究

过分相时的过电压、过电流以及负序电流注入问题,是高速、重载电气化铁路存在的重要问题,严重制约着铁路的可靠运行和电力系统的安全稳定。本文提出一种应用于复线牵引网的电气化铁路不断电过分相与电能质量补偿方案,对该方案的系统构成、运行原理、控制策略进行了研究。按照每个方向是否有机车过分相进行组合设计了典型工况,并利用PSCAD软件对典型工况下方案的补偿效果进行了仿真。结果表明,所提出的方案能够使两个方向的机车同时不断电过分相,或者一个方向机车不断电过分相的同时整个牵引变电站的电能质量最优。

和谐1型电力机车自动过分相系统初探

为使牵引供电系统三相负荷平衡,电气化铁道接触网采用分段换相供电,自动过分相装置对于电力机车安全运行具有重要意义。通过介绍3种自动过分相模式,结合和谐1型电力机车自动过分相试验,分析车上自动过分相方案的特点。

提高介损角测量准确性的滤波新算法

针对电力系统中容性设备介质损耗角正切(tanδ)的测量,在末屏电容分压绝对测量条件下,提出了应用窄带通半周波傅里叶算法的tanδ值在线测量方法。容性设备母线电压和末屏分压原始值经过零、极点配置法设计的窄带通滤波器处理后,由半周波傅里叶算法分别提取其基波分量电压相角,计算tanδ值。该算法所需数据窗长度比基波相位分离法短,能够快速计算tanδ值;并对直流分量和偶次谐波分量起到了良好的抑制作用。算例结果表明,此算法与传统的基波相位分离法、一阶差分后半波傅里叶算法有相近的结果,并且所需数据量小,满足了在线监测的准确性和实时性要求。

相控开关技术在电力机车自动过分相中的应用研究

同步选相分合闸即相控开关技术能够根据不同负载特性控制断路器在电流或电压的特定相位完成分、合闸。利用此项技术解决电力机车自动过分相时开关转换过程中产生的过电压和涌流问题,从理论分析及仿真验证两方面证明,同步分合闸可以有效地缓解暂态过程对电力系统及机车设备的冲击,避免过电压、过流造成的牵引变电所保护跳闸,提高了系统电能质量及电气化铁路的运行可靠性。

大秦线电力机车自动过分相系统的改进

介绍了大秦线电力机车自动过分相系统组成及其工作原理,针对大秦线2万t重载运输的特点以及轨道回流引起的电磁干扰问题,提出了电路的相应改进措施。通过在大秦线重载机车上的运用证实,电路的改进保证了自动过分相系统运行的安全可靠。

电力机车自动过分相装置智能检测系统研究

针对目前自动过分相装置测试系统存在的笨重昂贵、便携性差、功能单一、人机界面不够直观以及智能化程度低等缺点,设计开发了智能型电力机车自动过分相装置自动检测系统。系统采用上位机和下位机的架构,检测时只需将自动过分相装置接口和测试系统接口对接,即可实现数据的采集、显示、存储等功能。测试结果表明,系统能够确保自动过分相装置可靠运行,具有一定的推广价值。

主辅变一体牵引变流器动车组自动通过分相区的控制方法

针对装载主辅变一体牵引变流器的动车组提出了一种通过分相区时维持中间滤波直流电路电压稳定,使列车辅助负载能正常工作的控制方法。试验结果表明,该方法不但能使动车组正常通过分相区,还能很好地保证动车组的可靠性和舒适性。

电气化铁路列车柔性不断电过分相系统及其控制策略

针对现有电气化铁路柔性过分相技术存在的变流设备容量需求大、弓网带电流分断引起燃弧等问题,提出一种列车柔性不断电过分相系统及其控制策略。该系统通过背靠背变流器连接电分相两侧的供电臂,单相逆变器从背靠背变流器的直流侧引出并串接移相变压器后连接至中性线,该结构可有效降低逆变器等变流设备的容量,以实现列车过分相全过程不断电、无过电压与不拉弧。首先,详细分析所提系统的工作原理;随后,提出相应的电压柔性切换、功率主动调整的控制策略;然后,通过Simulink仿真和RT-Lab硬件在环实验,验证了该系统与控制策略的有效性;最后,结合电气化铁路的实际情况,分析所提方案在不同应用场景下的变流设备容量需求,并给出了应用建议。

采用地面开关自动过分相技术的牵引网馈线保护动作行为分析

针对地面开关自动过分相技术,对动车组过电分相时可能发生的暂态过程以及异相短路故障进行研究,得出常规原理的馈线保护无法正确动作的结论。提出基于两供电臂相间电压和超前相电流的距离保护和以高次谐波闭锁的电流速断保护方案,通过对正常负荷、牵引网常规故障等状态下的保护动作行为仿真,验证该保护方案的正确性和有效性,可以共同作为动车组过电分相时的保护策略。

同相牵引供电技术的研究与应用

介绍了采用平衡变压器的同相牵引供电系统结构和工作原理,阐述了同相供电装置的主电路拓扑,详细分析了其补偿电流的检测方法及背靠背变流器的控制策略。实际运行效果表明,该同相供电装置实现了牵引变电所两供电臂电压的同相位,对负序、无功、低次谐波的综合治理效果较好。

电力机车过分相后重载货运列车纵向冲动的影响及优化策略

描述了大功率交流传动电力机车牵引重载货运列车在过分相后,由于车钩连接间隙、运行速度、运行线路情况等因素引起的机车与列车、列车之间的反复纵向冲动现象,分析了机车与列车、列车之间出现纵向冲动的原因及对车辆的钩缓装置、轮对等部件的影响,同时提出了相应的电力机车牵引控制优化策略,使机车与列车平缓加速,减小机车与列车纵向冲动。