铁路网电能质量控制器基于静止同步补偿器

基于静止同步补偿器技术对铁路统一的电能质量控制器的研究背景铁路运输对我国十分重要，由电气化铁路引起的对电网质量负面影响日益凸显。典型的解决方法是动态补偿方案，其中基于静止同步补偿器的补偿技术显示最佳的总体性能。本文提出了两相静止同步补偿器设备-铁路统一的电力质量控制器(RUPQC)的拓扑结构。简介电气化铁路的优点1.减少环境污染。目前，铁路已成为最大的废气和噪音污染来源之一。所以二次能源的使用可以帮助发展低碳经济，减少空气污染，建设生态友好型运输系统。2.较少的能源消耗和成本。近年来，世界石油价格飙升，超过100美元/桶，而电力机车能耗是大大小于传统能源，能减少经营成本并带来巨额利润。3.更高的速度。电气化的铁路列车运行速度可以达到每小时350公里。客运专线和时速200-250公里客运和货运混合线。后者完成并行货运线后，亦会增加至300公里的速度。4.更大的容量。电力机车有更大的功率和扭矩牵引，因此，它具有更大的承载能力。现在，我们成功地建立了5k-20kt负载列车。5.更高的安全水平。电力机车大多是由电力器件组成，具有易于维护、安全性高。对电网质量的影响1.谐波。广泛应用于中国直流机车运行方式的相控整流，导致网侧电流含有许多的谐波，总谐波失真可达35%以上。这样谐波电流会产生附加损耗，降低系统的效率和影响其他设备，谐波电流也会导致继电保护装置发生故障，降低了电力系统的稳定性2.降低功率因数。电力机车是一种低功率因数的非线性负载，会为电力系统注入了大量的无功电流。它会降低牵引变电所功率因数，降低供电容量的传输设备，并增加电力系统和牵引系统损失。此外，它将导致电源电压凹陷、电压波动或电压闪变等一些问题3.负序电流。由于电力机车是单相负载，当它连接到三相对称电源网格时，它将在牵引变压器原边产生巨大的负序电流。这种电流值取决于牵引变压器的连接方法和对牵引负荷的能力。当注入到电力系统的负序电流超过限制时，这将导致附近电网电机电磁转矩减少，发电机过热，和甚至影响电力系统过载保护装置的正常运行。4.巨大的冲击载荷。电气化铁路的正常牵引负荷是通常是巨大的，在建设规划中考虑到100%过载能力。目前中国最大牵引负荷的客运专线达到240MVA。连接和断开的这种巨大的集中荷载，是罕见的在电力系统，会对电网造成太多影响。动态补偿策略SVC简称静止无功补偿装置，可调节不断通过控制自感大小，能快速和连续地够补偿电力机车的波动负载无功功率。SVC本身也带来了谐波问题，它不能抑制电气化的铁道牵引网中的固有谐波。必须用有功功率过滤器过滤谐波，这增加了整个设备的体积和重量。并且，其负序电流补偿的结果也不理想，所以SVC很少用在实践中应用。STATCOM静止同步补偿器，静止同步补偿器与SVC相比，具有响应速度快、效率高，输出谐波小等优点。同时，它还避免了使用大容量电感器和电容器，布置紧凑，体积更小。另一方面，其主要的缺点相比SVC制造成本更高。图1是电力电网侧三相静止同步补偿器图。主要用来抑制三相电压波动。三相静止同步补偿器能适应于各种牵引变压器的补偿，包括单相变压器。点击添加文本RPC铁路静止功率调节器，是一种两相的静止同步补偿器，RUPQC铁路统一电能质量控制器由于其简单的电路拓扑、大大降低设备体积和成本，有广阔的应用前景。RUPQC由单相多绕组变压器和级联H桥结构变换器组成。RUPQC的一侧，是单相多绕组变压器的一个原边和N二次侧绕组，构成和初级绕组相连的牵引变压器，原边与一相牵引变压器相连，二次侧与N电压变换器相连。另一边，N转换器是并联结构。与RPC相比，RUPQC具有体积小，更低的成本和损失较少的优点等。此外，这种拓扑结构也适合于PWM或其他控制方法。同时，并联结构的RUPQC还允许有高电压输出和冗余设计，提高设备的可靠性。仿真图4a和图4b给出了三相电网电流和两相牵引电流在使用RUPQC前后波形图。仿真结果使用RUPQC后，三相电流不平衡率大约是1.6%，总谐波失真率在3%~4%，功率因素接近于1.总结电气化铁路的建造和运营对中国未来的经济发展和社会稳定具有深远的意义。然而，由于电气化铁路，如谐波、无功功率、负序电流等，引起的电能质量问题有很大程度上影响电力系统的稳定性。目前，基于SVC和静止同步补偿器等现代电力电子技术的动态补偿方法的应用是主要的解决办法。在上面提到的方法中，静止同步补偿器具有最佳的性能，并应用在实践中。RUPQC，一种新研制的基于静止同步补偿器技术补偿器，具有拓扑结构简单，体积小、成本低等优点。在未来有着辉煌的应用前景。