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電力電子技術(shù)的新型牽引供電系統研究論文
摘要：牽引供電系統存在著(zhù)諧波、無(wú)功、負序等等其自身無(wú)法解決的問(wèn)題。并且對高速鐵路的安全運行構成了嚴重的威脅。主要是探究了利用電力電子技術(shù)和構成的新型牽引供電系統。新系統具有綜合經(jīng)濟技術(shù)性能優(yōu)越的強大優(yōu)勢，其通信防護效果也比較好。利用電力電子技術(shù)可以有效的濾除諧波，消除系統不平衡現象，實(shí)現穩定的為用戶(hù)供電的目的。主要是從利用電力電子技術(shù)構建的新型牽引供電系統優(yōu)勢，來(lái)增強供電的可靠性與安全性入手，針對其存在的問(wèn)題，提出了相應的方案。
關(guān)鍵詞：電力電子；牽引供電系統；優(yōu)勢；問(wèn)題；對策
1利用電力電子技術(shù)構建的新型牽引供電系統優(yōu)勢
1.1節省了自動(dòng)過(guò)分相裝置的投資費用
為了實(shí)現自動(dòng)過(guò)分相，限制大部分都安裝自動(dòng)過(guò)分相裝置。這樣的設備投資巨大，并且日常的維護頻繁，維護的投入也不少，同時(shí)也比較復雜的。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(xiàn)路旁邊設置磁鐵，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)分相裝置的投資費用[1]。
1.2節約電價(jià)
牽引供電系統中，采用同一端口供電，負荷的均衡性得到良好改善，提高了變壓器負荷側的功率因數，降低了負序電流不對稱(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節省的變壓器有功功率損耗費用
牽引變壓器有功功率的主要損耗，是銅耗和鐵耗。在同相供電系統中，因為負序和諧波功率，可以被潮流控制補償，甚至是消除。那么，牽引負荷三相對稱(chēng)，牽引變壓器的損耗可以得到降低。
2現有牽引供電系統的主要問(wèn)題
首先，現在的牽引供電系統，為了節省開(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三相嚴重不平衡，其交流電氣化的鐵道牽引負荷不平衡。當兩個(gè)臂負荷完全相同的情況下，采用平衡變換的變壓器，電流不對稱(chēng)程度的情況非常嚴重。由于兩臂同時(shí)有的負荷小，并且機車(chē)類(lèi)型和機車(chē)工作狀態(tài)的負荷有不同。三相總是處于嚴重不平衡的狀態(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荷時(shí)，3個(gè)異相供電臂負荷都不同。換相聯(lián)接對三相不平衡的特點(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，使電力機車(chē)安全平穩通過(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 )對受電弓形成嚴重威脅，絕緣器同時(shí)也會(huì )燒損。并且這給火車(chē)司機的操作帶來(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。我國的電氣化鐵道運行的流器電力機車(chē)，在不同的工作狀態(tài)下，其牽引負荷電流相位角的變化幅度不一樣，致使功率因數也十分不穩定。當高速機車(chē)處于再生制動(dòng)時(shí)，機車(chē)電流反饋牽引網(wǎng)，電流相位角變回相對滯后。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荷電流動(dòng)態(tài)的波動(dòng)幅度不同意，這使得補償無(wú)功功率的難度加大[4]。
3利用電力電子技術(shù)構建的新型牽引供電系統
3.1新型牽引供電系統的結構
無(wú)源對稱(chēng)補償技術(shù)和電力電子技術(shù)，都是解決現有牽引供電系統存在的問(wèn)題的有效方法。這樣有良好的動(dòng)態(tài)平衡與補償效果，其結構效果明顯。它主要由牽引主變壓器和平衡變換裝置所構成，可以起到變壓平衡變換、補償負載無(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償無(wú)功，而同相供電系統的平衡變換裝置的另外一個(gè)重要功能，就是實(shí)現平衡變換。
3.2同相牽引變電所的結構
同相牽引變電所的結構，與主變壓器接線(xiàn)的方式以及平衡變換裝置的結構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(xiàn)的方式有很多種，同相AT牽引變電所也就有多種接線(xiàn)類(lèi)型。比如：三相三橋臂變流器結構或兩“背對背”單相變流器結構等等[5]。
3.3兩單相變流器變電所結構
兩單相變流器構成的同相牽引變電所結構（圖）虛線(xiàn)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成方式清晰可見(jiàn)。
3.4三相四橋臂變流器的結構構建
三相四橋臂變流器為核心的平衡變換裝置。主要是通過(guò)對平衡變換裝置適當控制，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)現同相供電，達到三相的完全平衡。主要工作優(yōu)勢是。其只需要一臺工作變壓器和一臺平衡變換裝置。并且它的接線(xiàn)簡(jiǎn)單，資金投入低，后期維護方便。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)，系統就可以為無(wú)通信提供防護能力，采用最簡(jiǎn)單的直供方式，可以保持繼續供電。平衡變換裝置主要由四橋臂變流器構成，其控制方法會(huì )比較較復雜一些，如果平衡變換裝置出現一些故障時(shí)，牽引網(wǎng)將可能會(huì )失去通信防護的能力。
本文主要是對新型的同相牽引供電系統，開(kāi)展了一些談?wù)�，主要分析了基于無(wú)源對稱(chēng)補償技術(shù)等等。隨著(zhù)我國高速鐵路的迅速發(fā)展，對于同相牽引供電系統的運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)構建的新型牽引供電系統優(yōu)勢入手開(kāi)始探討，詳細分析了其實(shí)施的客觀(guān)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行方式。以期可以為同相供電系統應用的推廣提供重要基礎。
參考文獻
[1]張秀峰，連級三.利用電力電子技術(shù)構建的新型牽引供電系統[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研究[D].西南交通大學(xué)，2014.
[3]李猛.新型同相牽引供電系統仿真的研究[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的研究[D].大連交通大學(xué)，2008.
[5]陳民武.牽引供電系統優(yōu)化設計與決策評估研究[D].西南交通大學(xué)，2009.
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