高速铁路全并联AT供电牵引网短路故障仿真研究

牵引供电系统作为牵引动力的唯一来源,其长期供电能力与大功率随机性冲击负荷之间的平衡适应问题,以及高供电可靠性与复杂系统运行环境之间的协调匹配问题,将是开展400 km/h及以上运行速度条件下高速铁路工程建设项目所需解决的关键技术问题。针对全并联AT供电系统在实际运营场景下可能出现的3种牵引网典型短路故障,分别从单边及双边供电角度,探究了牵引网系统发生不同类型故障时的电气分布特征,并基于实际牵引网悬挂类型及参数选型构建系统仿真模型,以实施短路故障仿真,从而获取牵引变电所系统及馈线侧、AT所和分区所处遭遇不同类型故障时的故障电流仿真结果。研究成果可为供电系统方案设计及优化配置提供相应的理论和技术支撑。

基于电子电力变压器的自平衡牵引变压器

为了减小电力牵引系统对电网的负面影响,基于电子电力变压器的设计思路,研究设计了一种具有自平衡能力的牵引变压器。通过采用级联多电平技术和交错并联技术,既较好地解决了电力电子开关器件的电压和电流定额与配电系统匹配问题,又同时解决了阻止向一次侧电网注入负序分量问题;设计的牵引变压器采用基于载波移相技术的控制方案即网侧采用功率因数可调的解耦双闭环直接电流控制,负荷侧采用确保各相输出电压独立恒定的相间独立的电压有效值反馈控制。用Matlab/Simulink环境下建立模型的仿真结果表明:所提出的自平衡牵引变压器无论二次侧两相负荷是否一致,都可保证一次侧三相电流对称,并减小了负载谐波对电网的污染。

基于三相变四相变压器的新型同相牵引供电系统

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、重载铁路的发展。该文提出的基于三相变四相变压器的新型同相牵引供电系统,不但可以解决以上问题,而且具有省自耦变压器,平衡变换装置结构简单、易控制、平衡效果好,变流器各桥臂负荷均衡,通信防护效果好,综合经济技术性能优越,工作可靠等优点;文中讨论了平衡变换原理,给出了补偿电流检测与有源滤波器控制方法。分析和仿真证明提出的平衡方式、检测与控制方法是正确的,同相供电系统方案是可行的。

基于有源滤波器和V/x结线的同相牵引供电系统

电气化铁道牵引供电系统各供电区段需要用分相绝缘器分断,制约了高速、重载铁路的发展。将有源滤波器与V/x结线变压器和自耦变压器供电方式有机结合,构造出新型同相供电系统。通过以检测并得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。该系统各供电区段电压相同,可以取消分相绝缘器;变压器成本低,省出口自耦变压器;继承了自耦变压器供电方式通信防护效果好,综合经济技术性能优越的特点。仿真证实平衡方式和检测方法是正确的,同相供电系统方案是可行的。

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。

电气化铁路牵引供电系统研究现状及关键性技术

伴随着社会发展需求,电气化铁路在国民经济中所占比重越来越大,促进了经济的发展,但给公共电网带来的谐波、无功和负序电流问题也日益凸显。围绕着上述问题,国内外开展了很多研究。针对国内外相关研究和所取得的成果,阐述目前电气化铁路牵引供电系统存在的问题及各种解决方案,对各种解决方案的优势和不足进行归纳总结,并进行了分类,提出无牵引变压器新型同相供电系统的实现思路及关键控制技术,为同相供电的理论研究和实际应用提供参考。

一种改善同相牵引供电系统直流侧电压及补偿容量的方案

针对电气化铁道同相牵引供电系统直流侧电压过高、补偿容量过大的问题,讨论了综合潮流控制器(IPFC)的改进方案。就牵引供电Vv接线、Scott接线和YN,d11接线3种形式,提出同相供电统一改进方案,即根据牵引和再生制动不同工况分别调整IPFC交流侧电抗属性及大小。对直流侧电压和核准容量的分析表明,改进方案可有效降低直流侧电压并减小设备补偿容量。改进后3种接线形式的核准容量都为负载的有功功率,且以Vv接线直流侧电压为最低,YN,d11接线为最高;而Scott接线可简化β侧的电抗设计。通过对Vv接线的仿真分析验证了所提方法的有效性与正确性。

基于有源滤波器和斯科特变压器的同相牵引供电系统

提出了一种采用斯科特变压器和平衡变换装置的铁道牵引供电系统同相供电方案.平衡变换装置由两个电压型单相有源滤波器构成,用以补偿负载的无功和谐波电流,以及变压器两副边绕组的不平衡电流.无论负载实际的特性如何,经过变换之后在变压器的输入侧都表现为三相对称的纯阻性负载.文中分析了系统的结构和工作过程,提出了单相有源滤波器的状态优化控制方法.以一列满载运行的机车为对象,进行了供电系统的软件仿真研究,仿真结果证实了该系统的正确性.

平衡接线牵引变压器同相供电下的容量设计方法

为了给同相供电系统牵引变压器容量选择提供理论依据，在既有异相牵引供电系统设计方法的基础上，分析了同相供电系统馈线电流与既有牵引供电系统馈线电流的差异，并针对既有线改造和新线建设两种情况提出同相供电系统牵引变压器容量设计方法。通过既有线和新建线路实现同相供电系统两个算例，说明新建线路和既有线牵引变压器容量可降低1～2个容量等级，并有效提高牵引供电系统运行经济性。

利用电力电子技术构建的新型牵引供电系统

由于当前牵引供电系统结构的特殊性,存在着谐波、无功、负序、通信干扰、“过电分相”等其自身无法解决的问题。其中“过电分相”还对高速铁路的安全、可靠运行构成了威胁。文章提出了利用电力电子技术和不同接线方式的变压器以及AT牵引网构成的新型牵引供电系统。新系统采用了AT供电方式,具有综合经济技术性能优越的通信防护效果,利用电力电子技术滤除了谐波、补偿了无功、消除了系统不平衡,实现了同相供电,解决了过电分相问题。分析仿真证实新型牵引供电系统不但可以解决当前牵引供电系统所存在的问题,且可以提高供电的质量与效率,增强供电的可靠性与安全性。

基于Teager能量算子瞬时能量的贯通式同相自耦变压器牵引供电系统牵引网纵联保护方案

为有效提高贯通式同相自耦变压器牵引供电系统牵引网的供电可靠性。提出一种基于Teager能量算子瞬时能量的贯通式同相自耦变压器(auto transformer,AT)牵引供电系统牵引网纵联保护方案。牵引变电所出口并联电容与一段接触线构成牵引网边界,通过分析发现该边界对高频信号有很强的衰减作用。利用快速集合经验模态分解(fast-ensemble mode decomposition,FEEMD)分解提取故障电流高频分量,然后利用Teager能量算子计算故障电流高频分量的瞬时能量,并提取两端瞬时能量最大值。区外故障时,故障电流高频分量瞬时能量最大值较小;区内故障时,该值较大。根据该差异来构造保护动作判据,判别故障位置,决定保护是否动作。基于PSCAD(power systems computer aided design),大量仿真实验表明,所提保护方案能够准确判别区内、外故障,并且有较好的耐过渡电阻能力。

基于Matlab/Simulink的SS_8型电力机车供电系统建模与仿真

详细分析了SS8型电力机车电路的工作原理和特性,以及阻抗匹配平衡变压器的工作原理和牵引供电系统的构成,利用Matlab软件中的Simulink仿真平台建立了包括SS8型电力机车和阻抗匹配变压器在内的供电系统的仿真模型,最后对整个牵引供电系统的电能质量问题进行了仿真和分析,验证了模型的可行性。

基于FEEMD与TEO的贯通式AT同相牵引供电系统牵引网单端功率方向保护

根据牵引网线路边界对高频暂态量的衰减作用,提出一种基于快速总体平均经验模式分解(FEEMD)和Teager能量算子(TEO)的贯通式自耦变压器(AT)同相牵引供电系统牵引网单端功率方向保护方法。求采集到的电压电流信号故障发生时的瞬时功率,并对暂态功率进行Teager变换求得TEO波形突变点的极性来作为方向判据,判别是正向故障或反向故障;若为正向故障(区内或对侧区外),再对故障暂态电流信号进行FEEMD分解,提取故障信号的固有模态函数1(IMF1)分量,再对IMF1分量进行TEO变换,求出高频暂态电流信号的TEO谱瞬时值,然后求取其绝对值并求和,进而判断故障位于区内还是对侧区外。最终通过PSCAD/EMTDC仿真软件搭建贯通式AT同相牵引供电系统模型,在不同故障条件下进行大量仿真提取数据,仿真结果证明本方案能够有效区分区内外故障,保护牵引网线路全长。

电气化铁道牵引网故障测距研究综述

电气化铁道供电牵引网的供电方式主要有直接供电、AT供电和BT供电方式三种方式。近年来,全并联运行方式也逐渐应用到我国电气化铁路中。本文主要对我国电气化铁道接触网在不同供电方式下采用的故障测距办法进行综述,并且对利用行波进行故障测距的方法进行了讨论。

基于Scott接线变压器及AT供电方式的牵引供电系统仿真

本文介绍了牵引变电所Scott接线变压器的接线方式以及AT变压器的接线原理。作者对牵引网进行了简化分析并在此基础上利用Matlab／Simulink仿真软件分别建立了Scott接线变压器模型、牵引网模型、AT变压器模型，并按照AT供电方式将各模型结合起来组成一个牵引供电系统仿真模型。

基于大功率有源滤波器的同相AT牵引供电系统

电气化铁道牵引负荷的非线性和不平衡性,导致牵引负荷功率因数低,注入电力系统的谐波、负序电流和无功功率较大,通信防护效果差,进行综合补偿容量大。介绍了大功率有源滤波器的结构,给出综合补偿电流检测和正弦脉宽调制方法。提出了在自耦变压器(AT)供电方式的基础上,以大功率有源滤波器为中心,结合三相变四相变压器和数字控制模块构成同相AT牵引供电系统,不仅能解决以上问题,而且可以取消"分相绝缘器"和节省自耦变压器。大功率有源滤波器由并联PWM变流器组成,具有拓扑结构简单,易控制、提供容量大、工作可靠等优点。仿真分析表明,该系统具有良好的可行性。

自耦变压器差动保护动作原因分析及判断

通过分析AT供电方式下自耦变压器差动保护原理及各种工况下电流分布情况,指出自耦变压器差动保护动作常见原因及判断方法,为快速甄别自耦变压器差动保护动作原因提供参考。

高速铁路接触网PW线技术方案优化研究

通过对接触网运行实践的总结,介绍高速铁路接触网PW线安装形式存在的隐患,分析PW线线夹烧损、PW线断线的成因,指出PW线线夹电气当量不足、上跨接触网的弊端,提出PW线架空改电缆、采取绝缘安装方式、补强PW线连接点等多种整治方案,对不同供电方式接触网设计、施工、运营具有普遍指导意义。

三相V/V接线牵引变压器供电系统的电能质量问题

牵引负荷是一种随机波动性很大的大功率单相负荷.实践证明其对电网有较大影响,尤其是在电能质量方面.为了治理牵引供电系统带来的电能质量问题,以典型的采用三相V/V接线牵引变压器的牵引供电系统和SS9交直型电力机车为例,首先分析了三相V/V接线牵引变压器带来的谐波和负序电流的特点,然后在PSCAD/EMTDC上建立了地区电网以及牵引供电系统模型,设定具体工况进行仿真,验证并分析整个牵引供电系统对电网带来的电能质量问题,为下一步选择和设计治理方案提供依据.