電力電子技術(shù)的新型牽引供電系統(tǒng)研究
時(shí)間:2022-01-22 09:34:14
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摘要:牽引供電系統(tǒng)存在著諧波、無(wú)功、負(fù)序等等其自身無(wú)法解決的問(wèn)題。并且對(duì)高速鐵路的安全運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。主要是探究了利用電力電子技術(shù)和構(gòu)成的新型牽引供電系統(tǒng)。新系統(tǒng)具有綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能優(yōu)越的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì),其通信防護(hù)效果也比較好。利用電力電子技術(shù)可以有效的濾除諧波,消除系統(tǒng)不平衡現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的為用戶供電的目的。主要是從利用電力電子技術(shù)構(gòu)建的新型牽引供電系統(tǒng)優(yōu)勢(shì),來(lái)增強(qiáng)供電的可靠性與安全性入手,針對(duì)其存在的問(wèn)題,提出了相應(yīng)的方案。
關(guān)鍵詞:電力電子;牽引供電系統(tǒng);優(yōu)勢(shì);問(wèn)題;對(duì)策
1利用電力電子技術(shù)構(gòu)建的新型牽引供電系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)
1.1節(jié)省了自動(dòng)過(guò)分相裝置的投資費(fèi)用
為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過(guò)分相,限制大部分都安裝自動(dòng)過(guò)分相裝置。這樣的設(shè)備投資巨大,并且日常的維護(hù)頻繁,維護(hù)的投入也不少,同時(shí)也比較復(fù)雜的。比如:1000公里左右的鐵路地面自動(dòng)過(guò)分相裝置,其投資超過(guò)600萬(wàn)元。那么采用新型車(chē)載自動(dòng)過(guò)分相,只需要在線路旁邊設(shè)置磁鐵,在火車(chē)上裝一個(gè)控制器,這樣便有限的減少了自動(dòng)過(guò)分相裝置的投資費(fèi)用[1]。
1.2節(jié)約電價(jià)
牽引供電系統(tǒng)中,采用同一端口供電,負(fù)荷的均衡性得到良好改善,提高了變壓器負(fù)荷側(cè)的功率因數(shù),降低了負(fù)序電流不對(duì)稱(chēng)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(jié)省的變壓器有功功率損耗費(fèi)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(tǒng)中,因?yàn)樨?fù)序和諧波功率,可以被潮流控制補(bǔ)償,甚至是消除。那么,牽引負(fù)荷三相對(duì)稱(chēng),牽引變壓器的損耗可以得到降低。
2現(xiàn)有牽引供電系統(tǒng)的主要問(wèn)題
首先,現(xiàn)在的牽引供電系統(tǒng),為了節(jié)省開(kāi)支,大部分使用單相工頻交流制。但是這種方式主要是系統(tǒng)三相嚴(yán)重不平衡,其交流電氣化的鐵道牽引負(fù)荷不平衡。當(dāng)兩個(gè)臂負(fù)荷完全相同的情況下,采用平衡變換的變壓器,電流不對(duì)稱(chēng)程度的情況非常嚴(yán)重。由于兩臂同時(shí)有的負(fù)荷小,并且機(jī)車(chē)類(lèi)型和機(jī)車(chē)工作狀態(tài)的負(fù)荷有不同。三相總是處于嚴(yán)重不平衡的狀態(tài)[3]。其次,換相聯(lián)接后任意3個(gè)異相供電臂都有相同負(fù)荷時(shí),3個(gè)異相供電臂負(fù)荷都不同。換相聯(lián)接對(duì)三相不平衡的特點(diǎn),改善效果不明顯程。此外換相聯(lián)接后的分相絕緣器使用,使電力機(jī)車(chē)安全平穩(wěn)通過(guò)存在較大的隱患。并且無(wú)論是分相或是分段絕緣器,在電氣上的使用都是相對(duì)脆弱的部分。如果有高速列車(chē)通過(guò)時(shí),絕緣器形成的硬點(diǎn),都會(huì)對(duì)受電弓形成嚴(yán)重威脅,絕緣器同時(shí)也會(huì)燒損。并且這給火車(chē)司機(jī)的操作帶來(lái)了很大的不便。再次,是諧波與無(wú)功問(wèn)題帶來(lái)的一些問(wèn)題。我國(guó)的電氣化鐵道運(yùn)行的流器電力機(jī)車(chē),在不同的工作狀態(tài)下,其牽引負(fù)荷電流相位角的變化幅度不一樣,致使功率因數(shù)也十分不穩(wěn)定。當(dāng)高速機(jī)車(chē)處于再生制動(dòng)時(shí),機(jī)車(chē)電流反饋牽引網(wǎng),電流相位角變回相對(duì)滯后。發(fā)生牽引網(wǎng)短路故障時(shí),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(fù)荷電流動(dòng)態(tài)的波動(dòng)幅度不同意,這使得補(bǔ)償無(wú)功功率的難度加大[4]。
3利用電力電子技術(shù)構(gòu)建的新型牽引供電系統(tǒng)
3.1新型牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
無(wú)源對(duì)稱(chēng)補(bǔ)償技術(shù)和電力電子技術(shù),都是解決現(xiàn)有牽引供電系統(tǒng)存在的問(wèn)題的有效方法。這樣有良好的動(dòng)態(tài)平衡與補(bǔ)償效果,其結(jié)構(gòu)效果明顯。它主要由牽引主變壓器和平衡變換裝置所構(gòu)成,可以起到變壓平衡變換、補(bǔ)償負(fù)載無(wú)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(bǔ)償無(wú)功,而同相供電系統(tǒng)的平衡變換裝置的另外一個(gè)重要功能,就是實(shí)現(xiàn)平衡變換。
3.2同相牽引變電所的結(jié)構(gòu)
同相牽引變電所的結(jié)構(gòu),與主變壓器接線的方式以及平衡變換裝置的結(jié)構(gòu)變壓器等等的連接方式有很大關(guān)。有時(shí),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(lèi)型。比如:三相三橋臂變流器結(jié)構(gòu)或兩“背對(duì)背”單相變流器結(jié)構(gòu)等等[5]。
3.3兩單相變流器變電所結(jié)構(gòu)
兩單相變流器構(gòu)成的同相牽引變電所結(jié)構(gòu)(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(gòu)成方式清晰可見(jiàn)。
3.4三相四橋臂變流器的結(jié)構(gòu)構(gòu)建
三相四橋臂變流器為核心的平衡變換裝置。主要是通過(guò)對(duì)平衡變換裝置適當(dāng)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(shí)現(xiàn)同相供電,達(dá)到三相的完全平衡。主要工作優(yōu)勢(shì)是。其只需要一臺(tái)工作變壓器和一臺(tái)平衡變換裝置。并且它的接線簡(jiǎn)單,資金投入低,后期維護(hù)方便。平衡變換裝置的容量不會(huì)受到主變壓器的影響。一旦平衡變換裝置的故障時(shí),系統(tǒng)就可以為無(wú)通信提供防護(hù)能力,采用最簡(jiǎn)單的直供方式,可以保持繼續(xù)供電。平衡變換裝置主要由四橋臂變流器構(gòu)成,其控制方法會(huì)比較較復(fù)雜一些,如果平衡變換裝置出現(xiàn)一些故障時(shí),牽引網(wǎng)將可能會(huì)失去通信防護(hù)的能力。
本文主要是對(duì)新型的同相牽引供電系統(tǒng),開(kāi)展了一些談?wù)摚饕治隽嘶跓o(wú)源對(duì)稱(chēng)補(bǔ)償技術(shù)等等。隨著我國(guó)高速鐵路的迅速發(fā)展,對(duì)于同相牽引供電系統(tǒng)的運(yùn)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(shù)構(gòu)建的新型牽引供電系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)入手開(kāi)始探討,詳細(xì)分析了其實(shí)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(yùn)行方式。以期可以為同相供電系統(tǒng)應(yīng)用的推廣提供重要基礎(chǔ)。
作者:林艷 單位:平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)傳媒中心
參考文獻(xiàn)
[1]張秀峰,連級(jí)三.利用電力電子技術(shù)構(gòu)建的新型牽引供電系統(tǒng)[J].變流技術(shù)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(tǒng)研究[D].西南交通大學(xué),2014.
[3]李猛.新型同相牽引供電系統(tǒng)仿真的研究[D].大連交通大學(xué),2008.
[4]盧海霞.基于交直交逆變器新型牽引供電系統(tǒng)的研究[D].大連交通大學(xué),2008.
[5]陳民武.牽引供電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與決策評(píng)估研究[D].西南交通大學(xué),2009.