高速鐵路電能品質(zhì)補償體系概述

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1、高速鐵路電能品質(zhì)補償體系概述第1章緒論1.1課題的研究背景及意義我國高速鐵路的發(fā)展日新月異，因此對電力設(shè)備的要求也提高了一個層次，同時更迫切要求更高的牽引供電質(zhì)量。在完成普通電氣化鐵路到高鐵轉(zhuǎn)型的同時，也完成了相應電能質(zhì)量特征的轉(zhuǎn)變。我國在運的電力機車包括交流-直流和交流-直流-交流兩種車型。其中，交流-直流型機車的標志車型為SS9型，交流-直流-交流型機車的標志車型為CRH型動車組[1-3]。這兩種牽引負荷的電能特性相比較而言，交直型機車傳動功率、負荷功率和效率低下，電機笨重，恒功范圍窄，諧波和負序問題嚴重，性能遠遠不如交直交型機車[

2、4-6]。因此，我國高速鐵路和客運專線普遍采用這種交流傳動機車，因此成為未來電力機車發(fā)展的方向。高速鐵路與普通電氣化鐵路相比，最突出的特點為速度快，因此相應的牽引功率會更大，持續(xù)的受電時間會更長，同時，交流機車采用的是三電平四象限P整流器，雖然低次諧波會被抵消，但是會出現(xiàn)較嚴重的高次諧波，同時也存在較為嚴重負序和電壓波動等問題，嚴重影響供電安全，降低了電力系統(tǒng)的可靠性[5,6]。因此，對高速鐵路電能質(zhì)量的綜合治理就成為當前高速鐵路發(fā)展面臨的重大課題。我國的高速鐵路主要包含諧波和負序兩個方面的電能質(zhì)量問題[7]。交流機車雖然能很好的抑制低

3、次諧波，但是仍然存在嚴重的3次諧波和高次諧波，因此諧波問題仍是電能質(zhì)量補償方面的重大阻礙[8,9]。另外，一些電能質(zhì)量補償裝置在補償負序電流的同時也會產(chǎn)生諧波，而且不能完全補償負序，所以，建立完整有效的諧波負序補償系統(tǒng)成為當前電能質(zhì)量補償方面的重大課題[10]。1.2國內(nèi)外高速鐵路及其電能質(zhì)量研究現(xiàn)狀和分析高鐵的歷史可以追溯到1964年的日本東海道干線的開通，當時機車的最高運營時速就可以達到210km/h[11,12]。這之后，高速鐵路如雨后春筍般進入各國人民的視野。如1981年的法國巴黎東南線的TGV列車和1991年德國的ICE列車，

4、另外還有英國、意大利、西班牙、比利時等歐洲國家已經(jīng)都擁有自己的高速鐵路，速度也在不斷提升中，現(xiàn)在，時速超過300km的高速鐵路已經(jīng)成為世界高鐵大國的發(fā)展必然趨勢[13-15]。我國的高鐵雖然起步落后日本四十年，但是發(fā)展飛速，結(jié)合國內(nèi)外高鐵技術(shù)，已經(jīng)擁有了時速超過300km的高速鐵路和高速機車。并且按照鐵道部中長期發(fā)展的規(guī)劃，我國預期在2020年達到60%以上的電氣化率[16,17]。由于我國地大物博，在建的客運專線貫通南北東西，總里程超過了世界上所有國家高鐵的總里程之和，更好的實現(xiàn)了城鎮(zhèn)的高鐵化，因此我國的高速鐵路具有更好的發(fā)展前景和發(fā)

5、展?jié)摿?。我國在世界上首次實現(xiàn)了時速350km以上的高速列車，并已在京滬區(qū)間持續(xù)運行[18]。諧波和負序問題是電能質(zhì)量問題中最為突出的問題，嚴重影響了電力系統(tǒng)的安全和運行的穩(wěn)定，而因此發(fā)生的事故和造成的損失也非常巨大。下面介紹一下諧波和負序?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的具體危害。其中，諧波電流和電壓主要對電力系統(tǒng)的用電設(shè)備造成比較嚴重的影響：諧波電流會使輸電線路產(chǎn)生諧波壓降從而增大輸電線路電流有效值形成電能損耗，使輸電線路的壽命降低。諧波電流會引起旋轉(zhuǎn)電機定子和轉(zhuǎn)子間的損耗，這種損耗是由于渦流和集膚效應的存在而出現(xiàn)的而且要大于直流電阻對旋轉(zhuǎn)電機的損耗。諧波

6、電流會因為電力電容與其他電力設(shè)備產(chǎn)生串聯(lián)的諧振現(xiàn)象而被放大，這種諧振嚴重時可能會燒毀電力設(shè)備。.第2章高速鐵路供電系統(tǒng)及電力機車2.1供電電源高速鐵路所需的全部電量是由電力系統(tǒng)的變電站和變電站的高壓輸電線來提供的。變電站向牽引站供電，牽引站的供電又分為110kV、220kV和330kV三個電壓等級[36]。普通的電氣化鐵路一般使用110kV電壓等級供電，高速鐵路主要是采用220kV電壓等級供電。由于高速鐵路主要是客運，電氣化鐵路主要是貨運，所以要求高速鐵路無論是速度還是機車的功率都要優(yōu)于電氣化鐵路，因此需要相對更長的持續(xù)受電時間，因此，

7、要求牽引站供電的可靠性也更高。為了保證供電的可靠性，牽引站采用的供電方式為雙路電源供電。雙路供電電源供電包括變電站為同一區(qū)域供電和為不同區(qū)域供電兩種方式。采用其中的哪一種需要考慮當?shù)氐碾娋W(wǎng)情況并且是否滿足經(jīng)濟性和可靠性等。.2.2牽引供電系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)是由牽引站和牽引網(wǎng)共同組成為電力機車供電的裝置。針對各型號電力機車對電流、電壓的不同要求，牽引站將變電站高壓輸電線傳輸來的電能通過不同接線型式的牽引變壓器變成25kV單相工頻交流電供給電力機車使用，然后通過牽引網(wǎng)的饋電線將電能傳送到對應的接觸網(wǎng)上。這樣在電力機車升弓后從接觸網(wǎng)得到電能牽引

8、機車運行。在這個過程中牽引變壓器實現(xiàn)了降壓，牽引站的電氣接線實現(xiàn)了三相變單相。牽引網(wǎng)包括饋電線、接觸網(wǎng)、軌道回路和回流系統(tǒng)等。牽引網(wǎng)配合牽引站向電力機車供電，饋電線把牽引站變換后單相工頻交流電傳送給接觸網(wǎng)。