電氣化鐵路電能質(zhì)量及其綜合控制技術(shù).ppt

電氣化鐵路電能質(zhì)量及其綜合控制技術(shù),西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,7.1電氣化鐵道電能質(zhì)量問(wèn)題,交直型電力機(jī)車諧波電流大：由相控方式?jīng)Q定；諧波為奇次諧波，主要為3、5、7次功率因數(shù)低產(chǎn)生負(fù)序電流交直交型電力機(jī)車功率因數(shù)接近1諧波含量低牽引功率大，負(fù)序問(wèn)題突出,解決思路,諧波的抑制措施為減少諧波及其危害，可采取的抑制方法有：改進(jìn)換流裝置設(shè)置濾波裝置此處重點(diǎn)介紹濾波器的原理。一、交流濾波器的用途降低電網(wǎng)的諧波電壓或減少進(jìn)入系統(tǒng)的諧波電流。與并聯(lián)補(bǔ)償裝置配合使用，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的補(bǔ)償。交流濾波器的安裝位置電力機(jī)車上牽引變電所中（牽引側(cè)）,濾波原理非線性負(fù)荷一般可視為諧波電流源。h次諧波下，系統(tǒng)、濾波器及非線性負(fù)荷的模型如下圖。系統(tǒng)諧波電流和諧波電壓分別為理想濾波器時(shí)，實(shí)際濾波效果取決于濾波器阻抗及系統(tǒng)阻抗的關(guān)系。,二、交流濾波器的分類1按接入系統(tǒng)的方式，可分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種類型。串聯(lián)濾波器串入系統(tǒng)調(diào)諧濾波器，利用LC并聯(lián)諧振來(lái)阻礙諧波進(jìn)入系統(tǒng)基波下呈感性經(jīng)受全部電流，絕緣水平要求高并聯(lián)濾波器并入系統(tǒng)調(diào)諧濾波器，利用LC串聯(lián)諧振構(gòu)成諧波通路基波下呈容性承受調(diào)諧的諧波電流和部分無(wú)功電流一般，并聯(lián)濾波器性價(jià)比要好于串聯(lián)濾波器。有時(shí)兩者可混合使用。,2按調(diào)諧銳度，可把并聯(lián)濾波器分為調(diào)諧濾波器和阻尼濾波器兩種調(diào)諧濾波器調(diào)諧在某一、二次較低次諧波上，其中串聯(lián)（等效）電阻很小，也稱高Q（品質(zhì)因數(shù)）濾波器。阻尼濾波器在某一寬頻帶上呈現(xiàn)低阻抗（如高通阻尼濾波器），其（等效）電阻較大，也稱低Q濾波器。3按階數(shù)可把并聯(lián)濾波器中的阻尼濾波器分為一階、二階和三階等阻尼濾波器。重點(diǎn)討論并聯(lián)濾波器。,三、常用濾波器及其特性1調(diào)諧濾波器單調(diào)諧濾波器忽略電阻，相對(duì)阻頻特性為其中為單調(diào)諧支路的固有頻率,雙調(diào)諧濾波器,2阻尼濾波器常見(jiàn)的有一階阻尼和二階阻尼型兩種.一階阻尼濾波器二階阻尼濾波器,三階阻尼濾波器三階阻尼濾波器C型濾波器調(diào)諧濾波器比阻尼濾波器對(duì)元件參數(shù)精度要求高。元件參數(shù)變化及電網(wǎng)頻率偏移都會(huì)使調(diào)諧濾波器失諧。設(shè)計(jì)時(shí)，需要在諧振點(diǎn)上向感性區(qū)做適當(dāng)偏移。,為加強(qiáng)濾波效果，最經(jīng)濟(jì)有效的方法是對(duì)電氣化鐵道，采用3次、5次和7次單調(diào)諧濾波裝置。,負(fù)序在電力系統(tǒng)中所造成的不良影響，如額外占用系統(tǒng)及設(shè)備容量，造成附加網(wǎng)損，引起系統(tǒng)電壓不對(duì)稱，降低發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)出力等。為使電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和提高電能質(zhì)量，盡可能降低負(fù)序是十分必要的。,降低負(fù)序影響的措施,理論依據(jù)由負(fù)序電流的一般表達(dá)式來(lái)觀察負(fù)序的合成特性：,可見(jiàn)，在各種負(fù)荷條件不變的情況下，只要合理安排負(fù)荷所在的端口，就能最大程度的使構(gòu)成負(fù)序電流的各分量互相抵消，從而減少總的負(fù)序電流。,抑制負(fù)序主要措施平衡接線變壓器換相連接并聯(lián)補(bǔ)償同相供電,1平衡接線牽引變壓器比較常用的是Scott接線牽引變壓器。其他三相兩相平衡接線牽引變壓器，如接線、LeBlanc接線、Wood-Bridge接線等很少用到。,Scott接線變壓器底（M）座繞組原邊接入電力系統(tǒng)AB相（線電壓），高（T）座繞組原邊一端接底繞組的中點(diǎn)D，另一端接入C相。,牽引變電所換相聯(lián)接,為整體減輕進(jìn)入電力系統(tǒng)的負(fù)序分量，電氣化區(qū)段的各種接線的牽引變電所幾乎無(wú)一例外地實(shí)行換相聯(lián)接，即輪換接入電力系統(tǒng)的不同相。大量實(shí)踐證明，牽引變電所換相聯(lián)接對(duì)減少電氣化鐵道對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響是十分有效的。,牽引變電所換相連接的基本要求,各變電所單相牽引負(fù)荷輪換接入電力系統(tǒng)不同相，使電力系統(tǒng)三相負(fù)載對(duì)稱。兩個(gè)相鄰牽引變電所的相鄰供電分區(qū)同相，便于越區(qū)供電（純單相變電所除外）。接觸網(wǎng)分相絕緣器承受電壓不超過(guò)網(wǎng)壓。（三相牽引變電所換相時(shí)要考慮重臂負(fù)荷安排在超前相）,1單相牽引變電所換相連接方案1：由3臺(tái)單相變構(gòu)成相別循環(huán),電分相上承受電壓為,方案2：由6臺(tái)單相變構(gòu)成相別循環(huán),電分相上承受電壓為,2Vv接線變壓器換相連接,（1）單相Vv相別循環(huán),3三相YNd11牽引變電所換相連接,YNd11牽引變壓器展開(kāi)圖如下,接線規(guī)則：按照給定供電臂相序次邊：(c)端子接軌地；(a)端子接“+”電壓供電臂；(b)端子接“-”電壓供電臂。原邊：按YNd11牽引變壓器接線展開(kāi)圖完成原邊接線,方法：先畫出展開(kāi)圖，繞組定向，電壓均為網(wǎng)地，相別正負(fù)分別對(duì)應(yīng)，可確定繞組上電壓相別，再根據(jù)原次邊繞組對(duì)應(yīng)畫出原邊接線圖。,牽引變電所的并聯(lián)補(bǔ)償,1臂負(fù)荷（變電所）功率因數(shù)的提高下面以臂負(fù)荷功率因數(shù)的提高為例說(shuō)明并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)計(jì)算。,若將供電臂功率因數(shù)提高到，計(jì)算所需投放分補(bǔ)償容量。以為參考相量做相量圖和功率圖。,求得需補(bǔ)償?shù)娜萘繛?2功率損失的減少,供電系統(tǒng)在牽引端口的三角接等效電路如圖中方框內(nèi)的部分所示，其中為歸算到牽引端口的三相系統(tǒng)短路阻抗與牽引變壓器等值阻抗之和，且。,則當(dāng)三相負(fù)荷對(duì)稱時(shí)，由于負(fù)荷電流引起的三相功率損失為式中，供電系統(tǒng)相阻抗的電阻部分；變壓器次邊繞組電流；繞組電流的有功分量；繞組電流的無(wú)功分量。當(dāng)采用并聯(lián)電容補(bǔ)償時(shí)，系統(tǒng)電流的有功分量大小不變，而無(wú)功分量減小，從而使功率損失相應(yīng)減小。,則當(dāng)三相負(fù)荷電流不對(duì)稱時(shí)，由于負(fù)荷電流引起的三相功率損失為式中，、系統(tǒng)三相電流有效值；、系統(tǒng)的正、負(fù)、零序電流；、正序電流的有功、無(wú)功分量。設(shè)置適當(dāng)?shù)牟⒙?lián)電容補(bǔ)償可減小正序電流的無(wú)功分量，從而減小總的功率損失。,3變電所母線電壓的提高以YNd11牽引變電所為例，考慮三個(gè)端口都有并聯(lián)電容的情形。假設(shè)牽引端口無(wú)負(fù)荷，臂電流為、和，即補(bǔ)償電容電流；對(duì)應(yīng)的繞組電流為、和。,設(shè)引前，可畫如右所示的端口電氣相量圖。下面主要關(guān)注繞組電流及其在引起的壓降和壓損。,以端口1為例，繞組電流所產(chǎn)生的牽引母線的電壓降為則電壓損失為化簡(jiǎn)后得由于上式中第一項(xiàng)接近于零，所以端口1的母線電壓約提高了。,4并聯(lián)電容補(bǔ)償對(duì)負(fù)序電流的抑制,基本方法：計(jì)算變電所合成牽引負(fù)序電流。設(shè)置并補(bǔ)容量，設(shè)法使補(bǔ)償裝置的合成負(fù)序電流與反向。已知：以原邊A相電壓為基準(zhǔn)所畫的負(fù)序相量圖中，各相負(fù)荷電流和并聯(lián)電容的負(fù)序電流分量的相位關(guān)系如表所示：,以YNd11變壓器為例：,取負(fù)荷電流、產(chǎn)生的負(fù)序分量為、，則牽引電流的合成負(fù)序電流為，三相并聯(lián)電容補(bǔ)償電流產(chǎn)生的負(fù)序分量分別為、。分三種情況討論。,此時(shí)，即牽引電流在系統(tǒng)側(cè)的負(fù)序分量基本為，以原邊相電壓為基準(zhǔn)可畫出負(fù)序相量圖如下：為了抵消總的注入系統(tǒng)的負(fù)序電流，由相量圖知，應(yīng)在a、b兩相設(shè)置并補(bǔ)。,（1）,此時(shí)，即牽引電流在系統(tǒng)側(cè)的負(fù)序分量基本為，以原邊相電壓為基準(zhǔn)可畫出負(fù)序相量圖如下：為了抵消總的注入系統(tǒng)的負(fù)序電流，由相量圖知，應(yīng)在b、c兩相設(shè)置并補(bǔ)。,（2）,（3）此時(shí)，以原邊相電壓為基準(zhǔn)可畫出負(fù)序相量圖如下：由相量圖知，在b相設(shè)置并補(bǔ)即可。,7.2新型牽引供電系統(tǒng),7.2.1牽引供電系統(tǒng)的負(fù)序、電分相與同相供電的概念2.1.1當(dāng)前限制不平衡程度幾種措施2.1.2電分相對(duì)電力機(jī)車安全平穩(wěn)通過(guò)的隱患2.1.3同相供電的概念7.2.2同相供電的實(shí)現(xiàn)2.2.1采用無(wú)源對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)2.2.2基于有源補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)7.2.3獨(dú)立供電系統(tǒng)2.3.1基本考慮與概念2.3.2獨(dú)立供電系統(tǒng)的構(gòu)成2.3.3可靠性、可維修性與經(jīng)濟(jì)性,既有牽引供電系統(tǒng),2.1.1當(dāng)前限制不平衡程度幾種措施,采用三相一兩相平衡牽引變壓器兩個(gè)端口負(fù)荷完全相同時(shí)，變壓器原邊三相電流對(duì)稱日本廣泛采用Scott變壓器和變形Wood-bridge變壓器。我國(guó)主要采用了阻抗匹配平衡變壓器和Scott變壓器。采用高電壓、大容量電源供電日本采用154kV，220kV和275kV三種電壓等級(jí)，法國(guó)采用235kV電壓等級(jí)，意大利采用130kV等級(jí)，西班牙采用132kV，220kV兩種電壓等級(jí),2.1.1當(dāng)前限制不平衡程度幾種措施,采用不平衡補(bǔ)償裝置如日本采用單相負(fù)荷補(bǔ)償裝置（SFC）采用換相聯(lián)接,2.1.1當(dāng)前限制不平衡程度幾種措施,相鄰兩供電臂電壓相角相差120時(shí)，電分相上承受的電壓為供電臂電壓的倍。,相鄰兩供電臂電壓相角相差60時(shí)，電分相上承受的電壓等于供電臂電壓。,YNd11接線,2.1.1當(dāng)前限制不平衡程度幾種措施,2.1.2電分相對(duì)電力機(jī)車安全平穩(wěn)通過(guò)的隱患,電分相不論在電氣上還是在機(jī)械上都是薄弱環(huán)節(jié)，當(dāng)重載、高速列車通過(guò)時(shí)，由于絕緣器形成的硬點(diǎn)對(duì)受電弓構(gòu)成嚴(yán)重威脅，同時(shí)絕緣器也常因拉弧而燒損；一般沿電氣化鐵路每50km設(shè)一牽引變電所，若列車以300km/h行駛，則每5分鐘就要過(guò)一次“電分相”。每當(dāng)過(guò)“電分相”時(shí)，機(jī)車都要需要提前退級(jí)、斷電，并依靠慣性滑過(guò)“電分相”。待過(guò)去之后再重新給電、進(jìn)級(jí)行駛。這給列車司機(jī)的操作帶來(lái)了很大困難，對(duì)于高速行駛列車，人工操作幾乎不可能；,2.1.2電分相對(duì)電力機(jī)車安全平穩(wěn)通過(guò)的隱患,接觸網(wǎng)“電分相”處一般有100m左右的無(wú)電區(qū)，有的甚至達(dá)到300m，在無(wú)電區(qū)，電力機(jī)車只能靠慣性通過(guò)。當(dāng)“電分相”處于上坡的長(zhǎng)大坡道線路時(shí)，機(jī)車牽引滿載的列車通過(guò)“電分相”就十分困難。目前解決該問(wèn)題的一般方法是在“電分相”處裝設(shè)自動(dòng)過(guò)分相裝置，但裝置復(fù)雜，且因電壓高、轉(zhuǎn)換動(dòng)作頻繁，使其準(zhǔn)確性和可靠度在應(yīng)用中受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，至今在使用中的技術(shù)缺陷依然存在。,2.1.3同相供電的概念,解決上述問(wèn)題的理想辦法是采用新型的同相供電系統(tǒng)，即全線用同一相位的單相供電，更理想的是在同一線路或局界內(nèi)貫通，則能最大限度地避免電分相，從而有利于重載和高速牽引。,2.1.3同相供電的概念,同相供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：各變電所結(jié)構(gòu)和接線完全相同，一次系統(tǒng)不存在換相聯(lián)接，牽引側(cè)各供電臂電壓相同，從而可取消分相絕緣器，省去自動(dòng)過(guò)分相裝置，避免了列車斷電過(guò)分相問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了同相供電，消除了高速列車過(guò)電分相所存在的安全隱患，適宜高速鐵路運(yùn)行;同時(shí)由于各變電所結(jié)構(gòu)和接線完全相同，便于運(yùn)行維護(hù)。由于對(duì)稱補(bǔ)償裝置作用，可以完全消除系統(tǒng)不平衡，濾除諧波并補(bǔ)償無(wú)功。使變化劇烈、含有大量諧波、低功率因數(shù)的不對(duì)稱單相牽引負(fù)荷，對(duì)電力系統(tǒng)而言僅相當(dāng)于一個(gè)純阻性的三相對(duì)稱負(fù)荷。,2.1.3同相供電的概念,同相供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：可以最大限度地提高變壓器容量的利用率，常規(guī)的供電系統(tǒng)除單相變壓器外，無(wú)論是YNdll接變壓器，還是平衡變壓器（包括Scott變壓器、阻抗匹配平衡變壓器、三相變四相變壓器等）在實(shí)際中其容量都不能得到充分利用。以YNdll接變壓器為例，容量利用率只能達(dá)到76%。但基于YNd11接變壓器實(shí)現(xiàn)的同相牽引供電系統(tǒng)，變壓器容量的利用率可達(dá)100%。供電的靈活性和可靠性提高，可根據(jù)要求斷開(kāi)或閉合分段斷路器，實(shí)現(xiàn)單邊或多邊或貫通式供電，使?fàn)恳W(wǎng)電壓損失和功率損失降低。,2.2同相供電的實(shí)現(xiàn),采用無(wú)源對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)基于有源補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn),2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),同相供電使用的對(duì)稱補(bǔ)償就是三相單相系統(tǒng)中無(wú)功與負(fù)序的綜合補(bǔ)償。經(jīng)各種接線變壓器和對(duì)稱補(bǔ)償來(lái)構(gòu)成的單相供電系統(tǒng)可統(tǒng)稱為三相單相對(duì)稱補(bǔ)償系統(tǒng)。同相供電系統(tǒng)中的變電所分為三種：(1)全補(bǔ)償，它要求實(shí)現(xiàn)對(duì)稱補(bǔ)償，特別對(duì)負(fù)序有極好的抑制能力(2)半補(bǔ)償，對(duì)補(bǔ)償負(fù)序有適度要求；(3)不補(bǔ)償，只用牽引變壓器。,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),同相供電系統(tǒng)的牽引變電所的接線方式：線電壓型-能與單相牽引變壓器構(gòu)成同相供電相電壓型-其他形式，主要代表是YNd11接線線電壓型的同相供電：一是既有或相似接線，主要是三相兩相平衡接線，其中多數(shù)接線具有兩重性，即能實(shí)現(xiàn)線電壓型，也能完成相電壓型的同相供電，如Scott，Leblanc，（變型）Wood-bridge及YN3d-1和YN等。因?yàn)?，從等效觀點(diǎn)看，其牽引端口要么取之于三相系統(tǒng)的某一相電壓，要么取之于線電壓。二是特殊接線，不論是全補(bǔ)償，還是半補(bǔ)償，它往往追求對(duì)稱補(bǔ)償裝置的容量為最小或盡可能小。,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),（1）YNd11接線三相單相系統(tǒng)的對(duì)稱補(bǔ)償,綜合補(bǔ)償所要求的次邊3個(gè)端口的容性電流為：,為負(fù)序補(bǔ)償度,為無(wú)功補(bǔ)償度且有：,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),模式全可調(diào)補(bǔ)償,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),模式半可調(diào)補(bǔ)償（平均牽引負(fù)荷IT）,情形1兩非負(fù)荷端口設(shè)置可調(diào)補(bǔ)償,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),模式半可調(diào)補(bǔ)償（平均牽引負(fù)荷IT）,情形2單端口調(diào)節(jié),2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),模式不可調(diào)補(bǔ)償（平均牽引負(fù)荷IT）,此時(shí)，各端口的并聯(lián)補(bǔ)償因不可調(diào)而由時(shí)平均牽引負(fù)荷確定。,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),YNd11接線牽引變電所三種模式的比較全可調(diào)補(bǔ)償（模式）有最完善的技術(shù)性能，能使無(wú)功（功率因數(shù)）、負(fù)序、母線壓損等得到綜合、理想的補(bǔ)償。半可調(diào)補(bǔ)償（模式）中的情形1除負(fù)序補(bǔ)償效果略優(yōu)于情形2外，無(wú)功（功率因數(shù)）、母線壓損等方面的技術(shù)指標(biāo)都不及情形2，同時(shí)，情形2比情形1簡(jiǎn)單，投資也少，故是半可調(diào)補(bǔ)償中的最優(yōu)方式。不可調(diào)補(bǔ)償（模式）的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)無(wú)法與可調(diào)補(bǔ)償相比，但其結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)，投資最省。,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),YNd11接線牽引變電所三種模式的選擇從技術(shù)方面講，當(dāng)牽引變電所的一次系統(tǒng)較弱時(shí)，往往負(fù)序和壓損較為突出，這種各模式的選取順序往往是模式、；從經(jīng)濟(jì)方面講，投資和收益要權(quán)衡，投資是按模式、依次遞增的，而使?fàn)恳儔浩鞴?jié)容、穩(wěn)定或提高網(wǎng)壓從而增加供電運(yùn)輸?shù)哪芰σ惨来芜f增，從中再選出經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的模式?？偟目?，全可調(diào)補(bǔ)償（模式）更適用于電力系統(tǒng)較弱或牽引系統(tǒng)需要較大擴(kuò)能的場(chǎng)合，不可調(diào)補(bǔ)償（模式）更適用于電力系統(tǒng)較強(qiáng)或牽引系統(tǒng)擴(kuò)能要求不高的場(chǎng)合，半可調(diào)補(bǔ)償（模式，主要是其中情形2）則介于這二者之間。,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),（2）特殊接線實(shí)現(xiàn)三相單相對(duì)稱補(bǔ)償系統(tǒng)采用特殊接線方式完成三相單相對(duì)稱補(bǔ)償，有兩個(gè)目的：一是尋求無(wú)功、負(fù)序完備補(bǔ)償?shù)淖詈?jiǎn)方式和最小容量二是能與單相接線牽引變壓器相配合，實(shí)現(xiàn)同相供電，以期盡可能利用電力系統(tǒng)承受負(fù)序的能力，簡(jiǎn)化整個(gè)供電系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)三相單相對(duì)稱補(bǔ)償?shù)奶厥饨泳€方式主要有不等邊Scott接線、不等邊YNvd接線、不等邊V/v接線和YN2d接線等。,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),不等邊Scott接線,并聯(lián)電容端口k與并聯(lián)電抗端口L相互垂直，端口1放置牽引負(fù)荷。則實(shí)現(xiàn)三相單相對(duì)稱變換的并聯(lián)補(bǔ)償電容器和并聯(lián)補(bǔ)償電抗器容量隨牽引負(fù)荷的變化情況為：,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),不等邊YNvd接線,用不等邊YNvd接線實(shí)現(xiàn)三相單相對(duì)稱變換的接線原理與端口電壓關(guān)系如圖。端口1仍置牽引負(fù)荷，端口k和端口l分別為并聯(lián)電容和并聯(lián)電抗。不等邊YNvd接線與不等邊Scott接線的端口電壓關(guān)系完全一致，即補(bǔ)償隨牽引負(fù)荷的變化情況仍為：,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),不等邊V/v接線,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),YN2d接線,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),YN2d接線,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),（3）不同接線形式特點(diǎn)比較基于YNd11接線三相變壓器實(shí)現(xiàn)的對(duì)稱補(bǔ)償具有如下特點(diǎn)：對(duì)稱補(bǔ)償裝置計(jì)算容量不能達(dá)到理論最小，即補(bǔ)償裝置容量利用率較低；需要在3個(gè)端口設(shè)置補(bǔ)償裝置，1個(gè)為感性，2個(gè)為容性，稍顯復(fù)雜；原邊采用接，可靈活地實(shí)現(xiàn)中性點(diǎn)大電流接地；不能輸出與相鄰的單相變壓器變電所同相位的電壓（因YNd11接線為相電壓，而單相接線為線電壓）；對(duì)稱補(bǔ)償后牽引變壓器原、次邊繞組的容量利用率均可達(dá)到100%；次邊有接繞組，可提供3次諧波勵(lì)磁電流通路。,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),基于Scott接線變壓器實(shí)現(xiàn)的對(duì)稱補(bǔ)償具有如下特點(diǎn)：對(duì)稱補(bǔ)償裝置計(jì)算容量不能達(dá)到理論最小，即補(bǔ)償裝置容量利用率較低；需要在3個(gè)端口設(shè)置補(bǔ)償裝置，1個(gè)為感性，2個(gè)為容性，稍顯復(fù)雜；原邊一般不宜用于中性點(diǎn)大電流接地；可輸出與相鄰的單相變壓器變電所同相位的電壓，實(shí)現(xiàn)同相供電；對(duì)稱補(bǔ)償后牽引變壓器原、次邊繞組的容量利用率均可達(dá)到100%，考慮補(bǔ)償無(wú)功時(shí)甚至超過(guò)100%；3次諧波勵(lì)磁電流要流入系統(tǒng)。,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),基于不等邊Scott接線變壓器實(shí)現(xiàn)的對(duì)稱補(bǔ)償具有如下特點(diǎn)：對(duì)稱補(bǔ)償裝置計(jì)算容量可達(dá)到理論最小，即補(bǔ)償裝置容量利用率較高；只要在2個(gè)端口設(shè)置補(bǔ)償裝置，1個(gè)為感性，1個(gè)為容性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；原邊一般不宜用于中性點(diǎn)大電流接地；可輸出與相鄰的單相變壓器變電所同相位的電壓，實(shí)現(xiàn)同相供電；對(duì)稱補(bǔ)償后牽引變壓器原、次邊繞組的容量利用率較低；3次諧波勵(lì)磁電流要流入系統(tǒng)。,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),基于不等邊YNvd接線變壓器實(shí)現(xiàn)的對(duì)稱補(bǔ)償具有如下特點(diǎn)：對(duì)稱補(bǔ)償裝置計(jì)算容量可達(dá)到理論最小，即補(bǔ)償裝置容量利用率較高；只要在2個(gè)端口設(shè)置補(bǔ)償裝置，1個(gè)為感性，1個(gè)為容性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；原邊采用接，可靈活地實(shí)現(xiàn)中性點(diǎn)大電流接地；可輸出與相鄰的單相變壓器變電所同相位的電壓，實(shí)現(xiàn)同相供電；對(duì)稱補(bǔ)償后牽引變壓器原邊繞組的容量利用率可達(dá)到100%，考慮補(bǔ)償無(wú)功時(shí)甚至超過(guò)100%，但次邊繞組容量利用率較低；次邊有接繞組，可提供3次諧波勵(lì)磁電流通路；次邊繞組接成vd形，相對(duì)比較復(fù)雜。,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),基于不等邊V/v接線變壓器實(shí)現(xiàn)的對(duì)稱補(bǔ)償具有如下特點(diǎn)：對(duì)稱補(bǔ)償裝置計(jì)算容量在一定條件下可達(dá)到理論最小，即補(bǔ)償裝置容量利用率較高；只需在2個(gè)端口設(shè)置補(bǔ)償裝置，1個(gè)為感性，1個(gè)為容性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；原邊不能用于中性點(diǎn)大電流接地；可輸出與相鄰的單相變壓器變電所同相位的電壓，實(shí)現(xiàn)同相供電；對(duì)稱補(bǔ)償后牽引變壓器原、次邊繞組的容量利用率均可達(dá)到100%，考慮補(bǔ)償無(wú)功時(shí)甚至超過(guò)100%；3次諧波勵(lì)磁電流要流入系統(tǒng)。,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),基于YN2d接線變壓器實(shí)現(xiàn)的對(duì)稱補(bǔ)償具有如下特點(diǎn)：對(duì)稱補(bǔ)償裝置計(jì)算容量在一定條件下可達(dá)到理論最小，即補(bǔ)償裝置容量利用率較高；只要在2個(gè)端口設(shè)置補(bǔ)償裝置，1個(gè)為感性，1個(gè)為容性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；原邊采用接，可靈活地實(shí)現(xiàn)中性點(diǎn)大電流接地；不能輸出與相鄰的單相變壓器變電所同相位的電壓；對(duì)稱補(bǔ)償后牽引變壓器原邊繞組的容量利用率可達(dá)到100%，考慮補(bǔ)償無(wú)功時(shí)甚至超過(guò)100%，次邊繞組容量利用率較低；次邊有接繞組，可提供3次諧波勵(lì)磁電流通路；次邊繞組接成2d形，相對(duì)比較復(fù)雜。,2.2.1采用對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)構(gòu)成的同相供電系統(tǒng),不同接線形式特點(diǎn)比較,7.2.2基于有源技術(shù)的同相供電系統(tǒng),電壓波動(dòng)補(bǔ)償裝置（RPC:RailwayStaticPowerConditioner）有功功率流通和無(wú)功功率補(bǔ)償，以此實(shí)現(xiàn)三相不平衡補(bǔ)償和電壓變動(dòng)補(bǔ)償濾波功能日本東北新干線盛岡到八戶：新沼宮內(nèi)和新八戶,RPC:MT座5MVA2沼宮內(nèi):GCT，2多重変圧器八戸:IGBT，四多重変圧器,RPC的基本原理,RPC功能,設(shè)置RPC的目的是實(shí)現(xiàn)三相電壓波動(dòng)的最小化，最基本的控制目標(biāo)為M座側(cè)和T座側(cè)的單相負(fù)荷功率相等，而且兩相的功率因數(shù)為1.0。M座和T座的無(wú)功功率補(bǔ)償量分別和M座負(fù)荷的無(wú)功功率和T座負(fù)荷的無(wú)功功率的值相等。RPC的補(bǔ)償作用的結(jié)果是三相系統(tǒng)中的功率達(dá)到平衡，相電壓和相電流變成同相位。此時(shí)，三相電壓波動(dòng)基本上變成只受到系統(tǒng)阻抗的電阻部分的影響，得以控制在最小范圍之內(nèi)。,諧波補(bǔ)償PMW控制的電壓型換流器能從直流側(cè)電容器電壓對(duì)交流側(cè)產(chǎn)生任意時(shí)刻的電壓脈沖電流。設(shè)置在變電所的RPC作為有源濾波器，對(duì)供電臂牽引負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)揮補(bǔ)償作用。供電臂末端電壓的補(bǔ)償越區(qū)供電時(shí)，設(shè)置了RPC的變電所成為供電臂末端。RPC能測(cè)出供電臂末端的電壓，計(jì)算出電壓降補(bǔ)償需要的無(wú)功功率，對(duì)供電回路輸出無(wú)功功率，從而對(duì)供電臂末端的電壓進(jìn)行補(bǔ)償。,變電所單線接線圖,新八戶變電所RPC回路構(gòu)成（單相4并）,新沼宮內(nèi)變電所RPC回路構(gòu)成（單相2并）,日本東北新干線使用的RPC,控制模式和運(yùn)行形式,P，Q控制：測(cè)出各座負(fù)荷的有功功率差和無(wú)功功率，利用RPC使Scott接線變壓器二次側(cè)的有功功率相等。同時(shí)利用無(wú)功功率補(bǔ)償控制進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，使Scott接線變壓器二次側(cè)的無(wú)功功率為零。Q控制：該控制只進(jìn)行P、Q控制中的無(wú)功功率補(bǔ)償。H控制：檢測(cè)出列車負(fù)荷產(chǎn)生的3次、5次諧波，通過(guò)RPC供給相反相位的諧波電流成分，減少Scott接線變壓器二次繞組的諧波電流。V控制：越區(qū)供電時(shí)，線路阻抗增加，供電電壓降低。供電電壓下降到低于設(shè)定電壓時(shí)，RPC主動(dòng)供給無(wú)功功率，補(bǔ)償電壓。,各控制功能的容量分配,7.3同相供電技術(shù)方案（過(guò)渡方案）,基于平衡變壓器的同相供電技術(shù)方案,過(guò)分相,電能質(zhì)量,過(guò)分相,電能質(zhì)量,中國(guó)方案,日本方案,YNvd接線平衡變壓器原理,同相供電系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)越性,過(guò)渡方案的主要特點(diǎn)：1、采用同相供電裝置的變換功能，將原有牽引變電所的兩相合并為一相，解決了變電所出口的分相問(wèn)題，至少將全線的分相的個(gè)數(shù)減小一半，可大大提高運(yùn)行的速度。2、全線可以實(shí)現(xiàn)同相，分區(qū)所兩邊的相位也可實(shí)現(xiàn)同相，過(guò)分相過(guò)程可大大減化。在一定技術(shù)條件下甚至可以實(shí)現(xiàn)完全的貫通供電。,同相供電系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)越性,3、采用平衡變壓器，采用同相供電裝置實(shí)現(xiàn)有功傳遞，使得兩供電臂的輸出功率完全相等，功率因數(shù)相同，在電力系統(tǒng)看來(lái)，牽引負(fù)荷完全對(duì)稱，使得日益突出的負(fù)序問(wèn)題得到徹底解決；4、同相供電裝置可兼做無(wú)功諧波補(bǔ)償，不需要加其他設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功、諧波、負(fù)序的完美治理；5、同相供電裝置具有提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定的作用，實(shí)現(xiàn)牽引網(wǎng)電壓的穩(wěn)定，增加供電臂的供電距離，從而減少變電所數(shù)量。,同相供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性,節(jié)省了在電分相上的投資和運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)。朔黃線自動(dòng)過(guò)分相裝置投資約為400萬(wàn)元。采用車上自動(dòng)過(guò)分相，則需在線路旁邊設(shè)置磁鐵，在車上加裝控制器，平均每車增加投資約10萬(wàn)元。節(jié)省大量固定容量電費(fèi)負(fù)荷的均衡性得到改善，并且一次側(cè)容量利用率為100，較之目前用于弱電源的Vv接線方式能減少安裝容量。功率因數(shù)始終近似等于1，節(jié)省了無(wú)功罰款。,示范工程（眉山牽引變電所