AT供電方式高速牽引變電所一次系統(tǒng)設(shè)計

AT供電方式高速牽引變電所一次系統(tǒng)設(shè)計TheDesignofFirstSystemofHighSpeedTractionSubstationBasedonATPowerSupplyMode屆電氣工程系專業(yè)電氣工程及其自動化學(xué)號學(xué)生姓名指導(dǎo)老師畢業(yè)設(shè)計成績單學(xué)生姓名學(xué)號班級專業(yè)電氣工程及其自動化畢業(yè)設(shè)計題目AT供電方式高速牽引變電所一次系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師職稱講師評定成績指導(dǎo)教師得分評閱人得分答辯小組組長得分成績：主任簽章：年月日畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書題目AT供電方式高速牽引變電所一次系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)號班級專業(yè)電氣工程及其自動化承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位電氣工程系導(dǎo)師姓名導(dǎo)師職稱講師一、設(shè)計的主要內(nèi)容：1.按規(guī)定供、饋電容量與要求確定電氣主接線。2.短路電流計算。3.母線和一次電氣設(shè)備的選擇。4.配置合適的繼電保護裝置，并畫出保護原理圖。5.設(shè)計牽引變電所防雷接地裝置。二、設(shè)計要求：1.對主接線進行方案比較、論證和分析。2.繪制一次設(shè)備的電氣主接線圖紙1張。3.繪制屋外配電裝置平面圖1張。三、設(shè)計依據(jù)：1.牽引變電所所處的地理及氣象資料。本牽引變電所所處地區(qū)平均海拔為1000米，地層以砂礫粘土為主，地下水位為9.7米。本變電所地區(qū)最高溫度為39℃，年平均溫度為16℃，年最熱月平均最高氣溫為28℃，土壤0.8m深處一年中最熱月平均氣溫為21℃，年雷暴雨日數(shù)為30天，土壤凍結(jié)深度為1m。2.牽引負荷、地區(qū)負荷和地方電源概況。該牽引變電所由距離該所260km的區(qū)域變電站以雙回路220kV電壓向其供電，牽引變電所向接觸網(wǎng)的供電方式為AT供電方式，饋線數(shù)目為4，。年最大負荷利用時間3.電力系統(tǒng)短路計算數(shù)據(jù)。電力系統(tǒng)的容量為100MVA，系統(tǒng)在最大運行方式下和最小運行方式下的電抗標幺值分別是0.23和0.25。4.線路情況。本線路采用雙線區(qū)段，近期年運量為8500萬噸/年，牽引定數(shù)為5000噸，，取0.705，非平行列車運行圖區(qū)間通過能力為110對，各供電臂的區(qū)間數(shù)為3個，上行供電臂：，，下行供電臂：，，。四、應(yīng)收集的資料及參考文獻1．牽引供變電系統(tǒng)相關(guān)資料2．鐵路牽引供電研究的最新狀況3．牽引供電設(shè)備相關(guān)的資料4．牽引供電系統(tǒng)設(shè)計手冊、選型手冊五、進度計劃第1周-第2周相關(guān)調(diào)研，確定論文方案，寫開題報告第3周-第6周相關(guān)計算，方案比較，系統(tǒng)設(shè)計，中期報告第7周中期檢查第8周-第13周撰寫并整理論文，工程制圖第14周-第15周修改論文，提請初審，答辯教研室主任簽字時間年月日畢業(yè)設(shè)計開題報告題目AT供電方式高速鐵路牽引變電所主接線學(xué)生姓名學(xué)號班級專業(yè)電氣工程及其自動化本課題的研究背景隨著我國城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，預(yù)計2020年電氣化高速鐵路將達到60%左右。城鎮(zhèn)化水平的提高以及城市群發(fā)展，人口和產(chǎn)業(yè)集聚的中心城市之間、城市群內(nèi)部的客運需求膨脹，對交通基礎(chǔ)設(shè)施承載能力提出更高要求。而加快發(fā)展高速鐵路，形成高速鐵路、區(qū)際干線、城際鐵路等有機結(jié)合的快速鐵路網(wǎng)絡(luò)，從而滿足大流量、高密度、快速便捷的客貨運需求。本課題的研究具有不可估量的實際意義。AT供電方式高速鐵路牽引變電所主接線設(shè)計是為了提高供電效率和提高供電質(zhì)量、發(fā)展高速鐵路提出的重要研究方案。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和時間觀念的增強，進一步說明發(fā)展高速鐵路的社會需求和研究本課題的意義。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀電氣化鐵路的出現(xiàn)大幅緩解了人口流動對交通運輸帶來的巨大壓力。我國高速鐵路系統(tǒng)堅持原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化再創(chuàng)新，在短短的幾年時間，國內(nèi)電氣化鐵路快速發(fā)展起來，鐵路系統(tǒng)的核心牽引變電所也相應(yīng)的得到發(fā)展。國外牽引變電所普遍采用高電壓、大容量電源供電。日本、法國等高速鐵路建設(shè)起步較早，積累了比較豐富的經(jīng)驗。目前，國外高速鐵路考慮到牽引負荷大，可靠性要求高，絕大多數(shù)都采用220kV或以上的電壓供電，個別采用132kV或154kV時，都要求有較大的系統(tǒng)短路容量。日本高速鐵路建設(shè)最早，1964年采用77kV電源供電，上世紀80年代運輸量激增，供電能力嚴重不足，改用了275kV電源供電。我國高速鐵路采用220kV電源供電。目前，國外高速鐵路牽引變電所多采用三相—兩相平衡變壓器、單相變壓器。意大利、新西蘭采用單相接線牽引變壓器。法國TGV采用單相和V/v接線變壓器。日本東海道新干線采用Scott變壓器，山陽新干線采用Modified-Woodbridge接線變壓器。中國臺灣高速鐵路采用的是LeBlanc接線變壓器。中國模式變壓器二次側(cè)輸出55kV單相電壓，牽引變壓器出口不設(shè)自耦變電所，無需布置牽引變電所出口的軌回流，由AT接地解決。日本AT供電模式—自耦變電磁傳遞。在供電范圍內(nèi)通過自耦變壓器傳遞實現(xiàn)牽引負荷能量傳遞，通過AT供電回路實現(xiàn)電流在AT所上的分配。法國AT供電模式—阻抗關(guān)系分配。電流根據(jù)直供回路與AT回路兩個供電回路間的阻抗關(guān)系來分配。三、進行的主要工作和采取的方法、手段1.牽引變壓器接線方式的確定牽引變壓器是電氣化鐵路的重要組成部分，擔(dān)負著將電力系統(tǒng)供給的220kV三相電變換成適合電力機車的27.5kV的單相工頻電。通過對比不同接線方式的優(yōu)缺點進行確定。2.牽引變壓器的容量計算牽引變壓器計算容量牽引變壓器校核容量安裝臺數(shù)和容量的確定和計算3.主接線的設(shè)計高壓進線側(cè)主接線的選擇牽引負荷側(cè)主接線的選擇及備用方式主接線的設(shè)計包括進線側(cè)和負荷側(cè)，進線側(cè)的主接線有單母線接線和橋型接線根據(jù)任務(wù)書要求選擇進線側(cè)主接線。負荷側(cè)主接線及備用方式根據(jù)任務(wù)書要求和饋線形式進行選擇。4.短路計算為了保證設(shè)備正常運行和在故障情況下能安全、可靠的退出故障，需進行全面的短路計算。選取短路點短路點在不同電壓等級所在處選取，計算最大運行方式下的短路電流、短路容量等。5.設(shè)備選擇設(shè)備選擇包括母線、斷路器、隔離開關(guān)、電壓(電流)互感器、熔斷器、絕緣子等高壓設(shè)備。設(shè)備的選擇應(yīng)根據(jù)不同器件校驗進行選擇，例如：動穩(wěn)定度、熱穩(wěn)定的等。6.并聯(lián)電容無功補償補償電容的計算補償電容型號確定補償電容的布置7.繼電保護繼電保護是為了保護設(shè)備能夠安全、可靠的運行。牽引變電所主要由牽引變壓器和相應(yīng)線路組成，所以要做變壓器的繼電保護和線路的繼電保護。其中包括瓦斯保護、縱聯(lián)差動保護及其饋線保護等。8.用CAD畫圖軟件完成牽引變電所主接線設(shè)計圖，以及屋外配電裝置平面圖。預(yù)期達到的結(jié)果通過對牽引變電所主接線的設(shè)計，合理的計算、選擇出電氣設(shè)備，能夠安全、可靠地向接觸網(wǎng)供電，提高輸送功率，加大供電距離，使之能適應(yīng)高速大功率電力機車運行的要求。指導(dǎo)教師簽字時間年月日摘要牽引變電所是鐵路系統(tǒng)的主要組成部分，是實現(xiàn)鐵路系統(tǒng)電能集中與分配的場所，并將進線高電壓變換成機車的運行電壓，牽引變電所對整個鐵路系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行有著重要影響。本設(shè)計以牽引變電所為背景，設(shè)計出AT供電方式下的高速牽引變電所一次系統(tǒng)主接線。首先，對牽引變電所關(guān)鍵技術(shù)問題進行了分析，在此基礎(chǔ)上提出主接線設(shè)計方案，然后進行牽引變電所的容量計算。牽引變電所一次系統(tǒng)主接線設(shè)計通過技術(shù)、經(jīng)濟比較后最終確定。主接線確定后進行短路點的確定和短路計算，一次電氣設(shè)備的選擇與校驗，并聯(lián)電容補償裝置的設(shè)計與并聯(lián)無功的參數(shù)計算，在此基礎(chǔ)上還需增加繼電保護、防雷與接地來確保整個牽引變電所的安全可靠運行。最后用CAD軟件繪制出主接線圖紙，以及繪制戶外、戶內(nèi)平面布置圖。通過上述的設(shè)計最終實現(xiàn)AT供電方式高速牽引變電所的一次系統(tǒng)設(shè)計。關(guān)鍵詞：牽引變電所牽引變壓器AT供電方式繼電保護AbstractTractionsubstationisthemainpartoftherailwaysystem.It'stheplacetorealizetheconcentrationanddistributionofrailwaysystemelectricenergy.Itcanalsotransformthehighvoltagelineintotheoperatingvoltageofthelocomotive.Tractionsubstationhasanimportantimpactontherailwaysysteminsecurityandoperation.ThisarticledesignedthemainwiringsystemofthehighspeedtractionsubstationundertheATpowersupplymodelinthebackgroundoftractionsubstation.Atfirst,analyzethemaintechnicalissuesabouttractionsubstation,basedonthis，presentthemainwiringdesign.Then,calculatethecapacityofthetractionsubstation.Thedesignofmainwiringsystemabouttractionsubstationwasdeterminedbycomparinginbothtechniqueandeconomy.Identifytheshortpointandcalculatetheshortcircuit,selectandvalidatetheelectricalequipment,designtheshuntcapacitancecompensationdeviceandcalculatetheparametersoftheshuntrelativepowerafterdetermingthemainwiring.Onthebasisofthis,westillneedtoincreasetherelayprotection,lightningprotectionandgroundingtoensurethetractionsubstationoperatesafelyandreliably.Finally,

useCAD

softwaretodrawthe

mainwiringdrawings,

and

indoor

layout

drawing.Realizethe

tractionsubstation

of

AT

powersupply

ofhighspeedrailwaybythedesignsmentionedabove.Keywords:TractionSubstationTractiontransformerATpowersupplymode RelayprotectionIII段的整定阻抗。靈敏度校驗：7.3并補保護牽引變電所并聯(lián)電容補償裝置是牽引供電系統(tǒng)的重要電氣設(shè)備，電力電容器在運行中會出現(xiàn)電容器連續(xù)擊穿故障、電容器過電壓或者由高次諧波引起的過電流故障，還可能出現(xiàn)電容器的內(nèi)部短路等。常用的并補保護有電流速斷保護、過電壓保護、過電流保護、低電壓保護、差點流保護等。7.3.1電壓保護(1)過電壓保護電容器裝設(shè)過電壓保護能確保電容器在不超過最高允許電壓下和規(guī)定的時間范圍內(nèi)運行，防止電容器過電壓時損壞。過電壓保護一般按電容器組額定電壓的1.05~1.1倍整定，故障時的動作電流整定值為(2)失電壓保護失電壓過后，當(dāng)變電所恢復(fù)供電時，電容器可能會出現(xiàn)諧振過電壓或操作過電壓；另外，還可能使電容器過電壓損壞。設(shè)置低電壓保護，一般按0.5~0.6倍額定電壓整定，其動作時限應(yīng)小于上級電源進線重合閘或備用電源自投裝置的動作時限。故障時的動作電流整定值為7.3.2諧波過電流保護諧波過電流保護用于防止因諧波含量過高而引起電容器過熱對電容器造成的危害。諧波過電流保護的整定值為靈敏度校驗根據(jù)，滿足其繼電保護的要求。第8章防雷與接地牽引變電所的作用是通過接觸網(wǎng)向電力機車供電，是牽引系統(tǒng)的核心部分。一旦發(fā)生雷擊事故，可能會對設(shè)備造成損害，影響電力機車的正常運行，危及運輸安全。所以牽引變電所必須裝設(shè)可靠的防雷、接地裝置。8.1防雷牽引變電所的防雷設(shè)備有接閃器和避雷器。接閃器分為避雷針、避雷線、避雷帶。避雷針是牽引變電所防直擊雷的主要設(shè)備，牽引所的避雷針分布在所的四個角上，連線構(gòu)成一個四邊形，這樣能夠最大范圍的保護。避雷針將危害整個所的雷電過電流引向引下線，將過電流釋放到大地，以保護線路、設(shè)備安全[2]。避雷針的材料一般為鍍鋅鋼管，鍍鋅管一方面能夠引雷，另一方面鍍鋅能夠很好的保護鋼管不被氧化。避雷針的保護范圍與避雷針的高度有關(guān)，如果要保護整個變電所，四個角上的避雷針的有效防護范圍必須覆蓋全所。四支等高避雷針保護范圍如圖8-1所示：圖8-1四支等高避雷針保護范圍單支避雷針的保護范圍大約為整個牽引變電所的四分之一面積，保護半徑為考慮到保護的可靠性避雷針的保護范圍還有所以避雷針的高度和牽引變電所的面積關(guān)系如下避雷器是為了防止雷電波沿線路侵入變電所，以免危及被保護設(shè)備的絕緣。避雷器于設(shè)備并聯(lián)連接，安裝在電氣設(shè)備的進電側(cè)。當(dāng)出現(xiàn)雷電波入侵危及設(shè)備絕緣時，避雷器的火花間隙被擊穿或由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，是雷電波通過接地線引入大地，從而保護設(shè)備絕緣[2]?，F(xiàn)在普遍采用的避雷器為金屬氧化物避雷器。金屬氧化物避雷器瓷套管內(nèi)的閥電阻片具有很好的非線性電阻特性，在過電壓作用下，閥電阻降低到很小，在把雷電流釋放到大地后，閥電阻又增大到正常范圍，這樣能阻斷工頻續(xù)流，線路恢復(fù)正常工作。220kV側(cè)避雷器型號參數(shù)見表8-1：表8-1HY10W-216/562避雷器參數(shù)表型號避雷器額定電壓(kV)系統(tǒng)標稱電壓(kV)最大殘壓(kV)4/10沖擊電流(kA)0.75直流參考電壓下最大泄漏電流()陡波沖擊電流下雷電沖擊電流下操作沖擊電流下HY10W-216/5622162206305624781005027.5kV側(cè)避雷器型號參數(shù)見表8-2：表8-2H5WZ-45/134避雷器參數(shù)表型號避雷器額定電壓(kV)系統(tǒng)標稱電壓(kV)最大殘壓(kV)4/10沖擊電流(kA)0.75直流參考電壓下最大泄漏電流()陡波沖擊電流下雷電沖擊電流下操作沖擊電流下H5WZ-45/134423515413411465508.2接地接地是電氣設(shè)備與大地電氣連接，電氣裝置接地由接地體與接地線構(gòu)成，接地體埋于地下于大地接觸，接地體分為自然接地體和人工接地體，人工接地體為人工埋入地下的金屬器件；自然接地體為直接于大地接觸的接地體，接地線是接地體與接地螺栓連接的金屬導(dǎo)體，正常情況下不載流[2]。電氣設(shè)備接地要求：根據(jù)《鐵路電力牽引供電設(shè)計規(guī)范》(GB10009-2005)規(guī)定，金屬接地、接零。(1)變壓器電器攜帶式或移動式用電器具等的底座和外殼；(2)互感器的二次裝置；(3)變電所室內(nèi)、外配電裝置的金屬架構(gòu)；(4)裝在配電線路桿上的開關(guān)設(shè)備、電力電容等設(shè)備。35kV及以上的變電所得到人工接地網(wǎng)內(nèi)應(yīng)敷設(shè)水平均壓帶[12]。如圖8-2所示：圖8-2加裝水平均壓帶的接地網(wǎng)避雷針設(shè)獨立的接地裝置。為防止雷擊時雷電流在接地裝置上產(chǎn)生的高電位對被保護的建筑物和配電裝置及其接地裝置進行“反擊閃絡(luò)”，危及安全防直擊雷的接地裝置與建筑物要有一定的安全距離。其中空氣中的安全距離，地下的安全距離，如圖8-3所示：8.2.1公共接地電阻的計算本牽引變電所所處地區(qū)平均海拔為1000m，底層以砂質(zhì)粘土為主，所以根據(jù)劉介才《工廠供電》附錄表25可知砂礫電阻率，所以不用降低接地裝置的接地電阻。地下水位9.7m，采用垂直接地體，直徑50mm，長2.5m的鋼管，為了減少外界因素的影響，埋入的接地體頂端離地面。表8-3鋼接地體和接地線的最小規(guī)格規(guī)格及單位地上地下室內(nèi)室外交流回路直流回路圓鋼直徑/mm56810角鋼/mm22.546扁鋼截面/24484848厚度/mm3446查劉介才《工廠供電》附錄表24得，變電所接地裝置的接地電阻應(yīng)滿足單根垂直管形的接地電阻根據(jù)，并考慮管間電流屏蔽效應(yīng)，因此初選70根管，且管間距離與管長比為，查劉介才《工廠供電》附錄表26得，利用系數(shù)在10根與20根之間，所以取。因為，所以，取。用扁鋼將鋼管連接，環(huán)形布置。所以實際接地電阻為滿足接地電阻的要求。第9章結(jié)論電氣化時代的到來，不斷地帶動鐵路系統(tǒng)的發(fā)展，逐步向高速、大密度靠近。本次AT供電方式高速鐵路牽引變電所就是順應(yīng)時代發(fā)展起來的。牽引供電系統(tǒng)主接線的設(shè)計要符合安全、可靠、靈活、經(jīng)濟的原則。本次設(shè)計根據(jù)供電方式和牽引負荷確定出變壓器接線形式、容量、臺數(shù)以及備用方式；根據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟比較兩種方案，選定220kV側(cè)進線的接線形式為內(nèi)橋接線，27.5kV側(cè)母線為單母線分段接線，饋線采用100%備用方式。根據(jù)主接線方案確定出短路點，進行短路計算。通過最大運行方式下計算出的最大短路電流來校驗選定的導(dǎo)線與其他電氣設(shè)備型號；確定牽引側(cè)選擇并聯(lián)電容補償裝置；根據(jù)最小運行方式下計算出的短路電流為變壓器、牽引饋線、補償電容設(shè)計出繼電保護方案；根據(jù)牽引變電所所在地區(qū)的氣象條件和地質(zhì)條件，為牽引變電所設(shè)計出了防雷與接地保護；用CAD畫出了主接線圖紙、室外配電裝置平面圖、室內(nèi)配電裝置圖。通過研究設(shè)計所得的主接線與所預(yù)想的結(jié)論一致，都能滿足AT供電方式。目前我國電氣化高速鐵路牽引變電所已經(jīng)到達了一個比較先進的水平，已經(jīng)開始將電氣化鐵路技術(shù)走向出口。本次設(shè)計由于參考的資料比較落后，所以會有一些技術(shù)方面的問題有待提高。參考文獻[1]譚秀炳．交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)[M]．成都：西南交通大學(xué)出版社，2009．[2]張福生．牽引供電系統(tǒng)[M]．北京：北京交通大學(xué)出版社，2012．[3]何仰贊，溫增銀．電力系統(tǒng)分析[M]．湖北：華中科技大學(xué)出版社，2001．[4]林永順．牽引變電所[M]．北京：中國鐵道出版社，2006．[5]賀威俊，高仕斌．軌道交通牽引供變電技術(shù)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2002．[6]張曉春，李家坤．電力系統(tǒng)繼電保護[M]．湖北：華中科技大學(xué)出版社，2005．[7]楊正理，王士政．電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2010．[8]譚秀炳．鐵路電力與牽引供電系統(tǒng)繼電保護[M]．成都：西南交通大學(xué)出版社，2006．[9]劉國婷．電力工程CAD[M]．北京：中國水利水電出版社，2006．[10]陶乃彬．電力系統(tǒng)鐵道供變電技術(shù)——二次系統(tǒng)[M]．北京：中國鐵道出版社，2010．[11]杜松懷，張筱慧．電力系統(tǒng)接地技術(shù)[M]．北京：中國電力出版社，2011．[12]劉介才．工廠供電[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2009．[13]P．J．RdndwijkandJ．H．R．Enslin,“invertingDCtractionsubstationwithactivepowerfilteringincorporated”.IEEE-PESC,vol.1,1995,pp.360-266．[14]T．KonishiandS．Hase,“EnergystoragesystemforDCelectrifiedrailwayusingEDLC”,QualityreportofRTR1,vol.45,no.2,pp.53-58,May,2004．致謝經(jīng)過幾個月的努力奮斗，大學(xué)最后一項重要任務(wù)畢業(yè)設(shè)計終于完成了，也意味著我的大學(xué)生活即將結(jié)束，回想在大學(xué)求學(xué)的四年，心中充滿無限感激和留戀之情，感謝母校為我提供的良好學(xué)習(xí)環(huán)境，使我能夠在此專心學(xué)習(xí)，陶冶情操。在這段時間中我從接到畢業(yè)設(shè)計時的一無所知到最后一點一點地將它完成的過程，樊老師盡職盡責(zé)指導(dǎo)下，每周兩次的答疑對于我們的幫助非常大，在這里特別感謝我的論文指導(dǎo)老師樊老師對于我的幫助，每當(dāng)我遇到問題時，樊老師都會耐心的給我講解，使我對完成自己的畢業(yè)設(shè)計更有信心，也更有動力。每當(dāng)我大膽地提出一些對于畢業(yè)設(shè)計的設(shè)計方案的觀點時，樊老師并不會馬上提出反對意見，而是幫我一點一點地分析我提出的方案的可行性，并不斷的鼓勵我，使我自己動手、思考的能力都得到了提高，無不凝聚著樊老師的心血，在此誠摯的感謝樊偉老師，在這里說一聲老師辛苦了。在這里還要感謝在大學(xué)四年間所有教過我的老師，他們無不在我的學(xué)習(xí)上、生活上給予了我莫大的幫助。老師們在課堂上激情洋溢，課堂下的諄諄教誨，無不讓我的大學(xué)生活充滿了感動。還要感謝所有幫助過我的同學(xué)們，在畢業(yè)設(shè)計的短短幾個月里，你們給我提出很多寶貴的意見，給了我不少幫助還有學(xué)習(xí)上的支持，在此也真誠的謝謝你們。同時，我還要感謝我的寢室同學(xué)和身邊的朋友，正是在這樣一個團結(jié)友愛，相互促進的環(huán)境中，在和他們的相互幫助和啟發(fā)中，才使我順利完成此次畢業(yè)設(shè)計。附錄附錄A外文資料ResearchonSynthesisControlofPowerQualityforElectrifiedRailwayAbstractThispaperanalyzesnecessityofsynthesiscontrolofpowerqualityaimingatcharacteristicsoftractionpowersupplysystemforelectrifiedrailway.Accordingtothefactthattheexistingpowerqualitycontrol,themeasureandmeanswereintroduced,analyzedandcomparedindetailed.Fromreliability,technologyandeconomypoint,theprojectofsynthesisControlwasputforwardonpowerqualityofelectrifiedrailwayinthepaper.Inordertoachievereal-timedetectionandcompensationforpowerqualityofelectrifiedrailwaytractionpowersystem,thispaperprovidesadetectionmethodofselectiveharmoniccurrent,sovertiginousharmoniccurrentoftractionloadisdetected.SynchronouslyvertiginouspassivepowerisgainedbasingonHilbertdigitalphase-shiftingfilter.AndimbalanceloadcurrentisbalancedthroughregulatingmagnetronstaticVARcompensator(SVC)device.Thekindnewinjectiontypehybridactivepowerfilter(HAPF)combinedwithmagnetronSVCmaketocompensatereactivepowereffectively,eliminateharmonicdrasticallyandbalanceloadimbalancecurrentavailably,andimprovereliabilityandsecurityofelectrifiedrailwaygreatly.Keywords:ElectricrailwaytrafficsafetyharmonicsuppressionpowerqualitypassivepowercompensationnegativesequencecurrentI.INTRODUCTIONWiththedevelopmentofelectrifiedrailway,electriclocomotivewasappliedinrailwaytransportationmoreandmorewidely.Becausemulti-sectionfull-waverectifierorbridgerectifierwasadoptedinthepowersupplymanner,harmonic,reactivepowerandnegativesequencecurrentwillbeproducedinthepowersupplysystem.Andtheycanbeharmedsecurityonpowersystemnetwork,productionandmanufacturebadlyandmorethenelectrifiedrailwaysecurityandreliabilityintherailwaytransportation.Soharmonic,reactivepowerandnegativesequencecurrentwillbeeliminatedorremovedinthepowersupplysystem.Powerqualitywillbeimproved.Andthenenhancedpowerfactoranddecreasednegativesequencecurrentandharmonic.Andsothereliabilityofpowersupplysystemcanbeincreasedandtheefficiencyofelectricpowerequipmentcanbegained.Sothatresearchandimprovementpowersupplynetworkenvironmentfactorandincreaseelectricmanagementmannerisofimportantpracticalsignificance.Implementingabovefunctionwillproduceenormouslysocietyandeconomybenefit.Inthepaper,themeasuresandmeansofpowerqualitycontrolwereintroduced,analyzedandcomparedindetailed.Theadvantagesanddisadvantagesofthemeasuresandmeanscanbepointout.Aimingatthemeasuresandmeansexistingpowerqualitycontrol,projectofintegratedsuppressivewereputforwardoncontrollingpowerqualityforelectrifiedrailway.Inordertoachievereal-timedetectionandcompensationofelectrifiedrailwaypowerquality,theinspectionmethodofdesignateddegreeharmoniccurrentisadoptedandtherapidlychangingspecificdegreeharmoniccurrentcompositionoftractionloadisdetected.TherapidlychangingactivepowerandreactivepoweringredientsaredetectedbasedonHilbertdigitalphase-shiftingfilter.ThroughadjustingmagnetronSVCdevicetheimbalanceloadisbalanced.Thisnewinjection-typehybridactivepowerfiltercombinedwithmagnetronSVCmaketocompensateeffectivelypassivepower,eliminatedrasticallyharmonicandimproveloadimbalancecurrentofelectrifiedrailway.II.CHARACTERISTICSOFELECTRICRAILWAYGenerallyspeaking,harmonicissinewavecomponentwithelectricperiod.Thefrequencyofharmonicistheintegralmultipleofbasicwave.Soitisgenerallynamedashighorderharmonic.Electricrailwayharmonichasfollowingcharacteristics.(1)Stochasticvolatility:Theharmoniccurrentoftractionpowerisvariedrapidlywiththeloadoffundamentalwave.Theharmoniccurrentisresultedtochangeinthecertainrange.(2)Phasedistributedwidely:Theinitialphaseangleofeachorderharmonicisstochasticvariablewithhighvariance.Theirharmonicvectorisdistributedwidelyinthe4quadrantsofcomplexplane.(3)Penetrabilitypowerofhighvoltage:Highvoltageissuppliedtotheelectricrailway.Thekindofconsumerisafewcorrespondingly.Harmonicofeveryorderispenetratedtooverallelectricpowerthroughthehighvoltagesystem.Harmonicpenetrabilityisnotobstructedfromcouplingmannersoftransformer.(4)Steadystateofoddorder:Oddorderharmonicisbroughtonlyinsinglephasecommutatingloadofsteadystaterunning.Evenorderharmonicisbroughtonlyinflowcurrent.Principalharmonicsofelectricrailwayarethe,theandthe.Theharmonicismainlycomponentamongthem.Thehigherorderofharmonicis,thelessofcomponentofharmonicis.Anditwillbeonly1%iftheorderisthe.Fromtheabove,theharmcausedbyelectricrailwayharmonictotheelectricnetworkscanbelistedmainlyasfollows:(1)Shunt-woundresonance:resonancecircuitofcertainharmonicisstructuredbydistributingcapacitancefacetogroundandloopinductanceoftractionnetworks,whenharmoniccurrentreturnstothesystemthroughtractionnetworks.Theharmtothesecurityofsystemisproducedatthesametime.(2)Theharmtotractiontransformer:harmonicvoltagewillbroughtinthepowerbecausetheharmoniccurrentflowsthroughthetractiontransformer.Andadditionalironlossandcopperlossarecausedbyhighordercurrentandvoltageofharmonic.Meanwhiletheeffectivecapacitanceoftransformerisreducedandefficiencyisdecreased.Besidesthesementionedabove,thehighorderharmoniccurrentwillbringaccidentalorerroractionofrelayprotection.Andthesecureoperationofpowersystemisaffected.Meanwhilethegenerator,electricinstrument,electricisolationandauto-controldevicewillbeinfluenced.Therefore,effectivemeasureshouldbetakentowipeoutorreducethecontentofharmonicintractionpowersystem.Ⅲ.MAINMETHODSOFHARMONICSUPPRESSIONANDEXISTINGPROBLEMSAtpresent,therearetwothoughtsintheharmonicsuppressiveproblem.First,harmonicsourcewasreconstructed.Thismeasureisfundamentalitymannerandisadoptedwidelyinpractical.Second,whenharmonicsourcewasreconstructed,butharmonicisnoteliminatedinthepowersupplysystemandsatisfiedwithdemand.Theequipmentofeliminatedharmonicwillbeaddedinthesystemtoabsorbharmonicbroughtbyharmonicsource.Presently,themajorequipmentofeliminatedharmonicispowersupplyfilterinsupplynetworksystem.Andmorepowersupplyfilterisdividedintoactivepowerfilterandpassivepowerfiltertwomanners.LCpassivepowerfilterisintroducedinthepowersupplysystemtoresolveoreliminateharmonic.ThemethodofLCpassivepowerfiltercanbenotonlycompensateharmonicbutalsocompensatepassivepower.OnaccountofLCpassivepowerfilterstructuresimple,maintenanceconvenienceandresistancehighvoltage,itcanbeusedinallcompensatepowersupplysystem.Butthereissomeshortagesexistinginthemanner.Showasfollowing:(1)ImpedanceandoperationstateofpowersystemnetworkwillinfluencecharacteristicofLCpassivepowerfilterandcompensationefficiencycanbeinfluenced.Whenthesystemimpedancestructureofpowersupplysystemoroperationstatewaschanged.Compensateefficiencyisnotmeetwithdemandofuserandpowersystem.(2)LCpassivepowerfilteriseasytoproduceparallelresonancewithpowersystem.AndsotheharmonicwillbemagnifiedtoLCpassivepowerfilteroverloadingordamage.(3)Inthecompensatedcourse,givenorspecificallyfrequencyharmoniccanbeeliminatedeffectively.Purposeofcompensateisrestrained.SoimprovementofLCpassivepowerfiltercharacteristicisextraordinarynecessary.Activepowercompensatedtechnologyisusedactivepowerfiltertoeliminateorsuppressharmonic.Themethodisdevelopmenttrendanddirection.Thebasalthoughtischeckandmeasureharmoniccurrentinthecompensatedobjectandproduceelectriccurrentbyactivepowerfilterwhichelectriccurrentvalueisequaltocompensateelectriccurrentandelectriccurrentphaseisoppositetoit.Electriccurrentbyactivepowerfilterisinjectedtopowersupplysystemtocounteractharmoniccurrentbroughtbyloadharmoniccurrent.Andsothereisonlybasecurrentinthepowersystem.Therearesomeadvantagesofactivepowerfilterrelativetopassivepowerfilterasfollowing:(1)Themethodscanberealizedharmoniccompensationwiththeloadcurrentvariety.Itisadynamicharmoniccompensation.Itisofresponsetimelittleandtrackcompensationwithfrequency,valueandpassivepowerofharmoniccurrent.Dynamicharmoniccompensationiswiththeloadharmoniccurrentvariety.(2)Whenitcompensatespassivepower,theenergystoragecomponentisnotadoptedinthesystemofstructure.Inthecompensatedcourse,capabilityvalueofenergystoragecomponentisnotbig.(3)Thecompensateefficiencyisnotinfluencebyimpedanceandoperationstateofpowersystemnetworkandfrequency.Frequencyischangedwithloadingcurrent.(4)Theactivepowerfiltercanusednotonlyacertainharmonicandpassivepowersourcetocompensatesolelybutalsomulti-harmonicandpassivepowersourcetocompensatesynchronously.Andbuttherearesomedisadvantagesorproblemsintheactivepowerfiltersystem.(1)BasedvoltageofalternatingcurrentpowerisinflowdirectlytoPWMconvertor.SothemethodrequiresbigcapabilityPWMconvertortoadaptloadingelectriccurrentvariety.Atpresent,bigcapabilityPWMconvertorisnotrealizedwithlow-consumeandfastresponse.(2)Comparingwithpassivepowerfilter,theactivepowerfilterinstallationandmaintenancecostaremorerelatively.Ⅳ.MAINMETHODSOFPASSIVEPOWERCOMPENSATIONANDEXISTINGPROBLEMSIntheearlyperiod,synchronouscondenserisatypicalequipmentofcompensationequipmentofpassivepower.Synchronouscondensercancompensatenotonlygivenpassivepower,butalsodynamiccompensatemutativepassivepower.Withthedevelopmentofcontroltechnology,controleffecthasincreasegreatlyinpracticalapplication.Costofparallelhighvoltagecapacitorislowcomparativelycomparingwithsynchronouscondenserintheconditionofthesamepurpose.Sotheparallelhighvoltagecapacitorisusedinthepowersupplywidely.Buttheeffectisnotsatisfiedinthevariationalloadingcurrent.AdvancedStaticVARGenerator(SVG)isatypicalequipmentofcompensatesequipmentbasedonpowerandelectronictechnology.AdvancedstaticVARgeneratorisonlyusedsmallercapabilitycapacitortomaintainitsoperationvoltageinthedirectcurrentside.Fixedcapacitor(FC)addingtunablereactor(TCR)isatypicalstructureofadvancedstaticVARgenerator.ControlcharacteristicoftunablereactorischaracterofsaturationmagnetizationwithstandingoutbymagnetronadvancedstaticVARgenerator.SVGcanbecontrolthroughchangetriggerangleofthyristorofsaturationelectriccontrollerwithsequenceadjustingpassivepower.Thedevicecanbeabsorbedpassivepowerinthecapacitiveortheinductivecharacteristic.Activepowerfilterisanewtypecompensationsystemofharmonic,reactivepowerandnegativesequencecurrent.Inthepowersupplysystem,activepowerfilterisadoptedtogainmoresuperioritycompensationpurposethenothermethods.Therearesomeproblemsasfollowinthecompensatedmethodsofpassivepoweratpresent:(1)Thatthepowersupplysystemisadoptedsynchronouscondensertocompensatepassivepowerisoutofseasonwithhighservicingcostinallsenses.(2)Onlygivenpassivepowercanbecompensatedeffectivelyusingparallelcapacitor.(3)Tunablereactordeviceusedbycontrol-phasedtheorytocontroltriggerangleofthyristor.Withmodulatingfundamentalwavepassivepowerinthedynamic,harmoniccanbeproductinagreatdeal.(4)SVGisanadvancedharmoniccompensatedevice.IfinthesystemPWMcontroltechnologycanbeadopted,outputharmoniccurrentcanbelesseninacertainextent.Inthepractical,becauseofreliability,costandmaintenanceandsoonfactors,itsapplicationislimited.(5)Superiorityofactivepowerfilterisreproachlessintheapplication.Activepowerfilter(APF)canbeusedinlow-voltagesupplysystemintheJapan.Activepowerfilterisjustofresearchandexperimentationperiodinourcountry.Ⅴ.SUPPRESSIONMETHODSOFNEGATIVESEQUENCECURRENTANDEXISTINGPROBLEMSBecauseofdissymmetrythreephaseloadcurrentcanbecauseunbalancethreephasevoltage.Thisproblemcanberesolvedbyusingasfollowingmanners.(1)Threephasedissymmetryloadcanbedistributeddifferentpowersupplypositiontoreduceimbalanceproblemcausedbycentralizationconnection.(2)Dissymmetrythreephaseloadcanbedistributedreasonabledifferentphase,andmadeloadingbalance.(3)Dissymmetrythreephaseloadcanbedistributedhighervoltagepowersupply,andmadeshortcircuitcapacitancesufficientmore.Forexample,whenshortcapacitanceismore50timesthansingle-phaseloadcapacitance,thedegreeofvoltageimbalanceisless2percent.(4)Balancedeviceorequipmentisusedinthepowersupplysystemtoeliminateimbalance.Atpresent,resolvingthisproblemcanbeusingasfollowingtwomethodsinthepractical:(1)UsingtransformerwithspecificallyconnectiontobalanceloadcurrentsuchasScottandreverseScottconnectedtransformer.(2)Morehighvoltagewasadoptedinthepowersupply.Inthepractical,110kVvoltagesupplycanbereplacedbyusing220kVvoltagesupplyinthesystem.Althoughabovetwokindmethodscanberesolveimbalanceprobleminacertainextent.Butnegativesequencecurrentcannoteliminateorremovethoroughlyinthesekinds.Ⅵ.ANALYSISOFSUPPRESSIONPROJECTAtpresent,thereare5kindsofprojectormethodsofsynthesissuppression,whichcansuppressharmonic,compensatepassivepowerandeliminatenegativesequencecurrent.TableⅠisfunctioncomparedofcompensateddevices.AsfollowingresultscanbereceivedfromtheTableⅠ:(1)Superiorityofactivepowerfilterisinculpableintheapplicationfromtechnology.Itcanresolveallproblemsofpowerqualitybroughtfrompointofviewelectrifiedrailway.(2)StaticVARCompensator(SVC)isoptimalprojecttoeliminatenegativesequencecurrentanddynamicpassivepowerfrompointofvieweconomy.(3)Passivepowerfilerisoptimalprojecttoeliminateharmonicfrompointofviewreliability.MagnetronSVCisoptimalmethodtoeliminatenegativesequencecurrentanddynamicpassivepower.Ⅶ.SYNTHESISCONTROLSCHEMESynthesisControlisadevelopmentthoughtinthecontrolpowerquality.Whereastheadvantageofpassivepowerfilter,activepowerfilterandStaticVARCompensatorinthetechnology,reliabilityandeconomy,anewinjection-typehybridactivepowerfilter(HAPF)combinedwithmagnetronSVCmaketocompensateeffectivelypassivepower,eliminatedrasticallyharmonicandimproveloadimbalancecurrent.PrincipleCircuitisshownonFig.1.MagnetronSVCcancompensatereactivepowerwhichiscomposedofmagnetronreactor(MCR)andfixedcapacitor(FC).TakeintoaccounteachgroupreactorcapacityconfigurationofmagnetronSVCisdifferent,andsingle-phaseMCRisnowwidelyusedinelectrifiedrailwayreactivepowercompensationsystembecauseofitstechnologyreliability,accordinglythreesingle-phaseMCRareadoptedindeviceofmagnetronSVCcompensationdevice.MagnetronSVCdependsonthecontrolangleregulationofthemagnetronreactor,reactorcapacityissmoothlyadjustedthroughchangingcontrolangleofthyristor.Accordingtosurveyresultsthecompensatedcapacityofcompensationdeviceisreal-timecalculatedbydifferentconfigurationsofmagnetronSVCbetweenaphaseandbphaseorbphaseandcphaseorcphaseandaphase.Changingtriggerangleofthyristor,whenreactivepoweriscompensated,loadimbalancecurrentisimprovedsynchronously.Loadharmonicofelectrifiedrailwayissuppressedbyhybridactivepowerfilter.CapabilityandcostofHAPFarereducedconsumedly,andthereliabilityofthesystemisimproved.Sofromthereliability,economic,technicalpointofviewthecomprehensiveschemeisthebestcompensatedscheme.A.HarmonicCurrentDetectionMethodHarmoniccurrentdetectionmethodisthemeanswhichallharmoniccurrentwillbethesumtotalharmoniccurrentahiafterparallelcomputingeveryharmoniccurrent,namely,itiscompensatedcurrentcommandsignal.PWMpulsesignalisproducedfromcurrentcontroller,wheninstructionsignalofcompensatingcurrentismade,andtocontroltheinverterproduceaharmoniccurrentwithequalmagnitudeandoppositepolarityofactualharmoniccurrent.Thecurrentinthepowergridscontainsonlyfundamentalcomponent.Thecompensatedcurrentiscomparedwiththeactualcompensationcurrenttoformaclosed-loopcontrolofthecurrenttrack.TheSuppressionprincipleofharmoniccurrentshowedinFig.2Astodetectingharmoniccurrentofthree-phasecircuit,thethree-phasesignalshouldbechangedintomutuallyverticalαandβsignaloftwo-phase.Andthenitsrotationtransformationcanbetaken.Methodmentionedaboveisappliedinthesinglephasesystem.Auxiliarycurrentwithdelayed90otofundamentalcurrentisformed.Takedetectionofthe5thharmoniccurrentforexample,detectingprincipleisshowedinFig.3.Thecalculat