摘要：牽引供電系統(tǒng)存在著諧波、無功、負(fù)序等等其自身無法解決的問題。并且對高速鐵路的安全運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。主要是探究了利用電力電子技術(shù)和構(gòu)成的新型牽引供電系統(tǒng)。新系統(tǒng)具有綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能優(yōu)越的強(qiáng)大優(yōu)勢，其通信防護(hù)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(tǒng)不平衡現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的為用戶供電的目的。主要是從利用電力電子技術(shù)構(gòu)建的新型牽引供電系統(tǒng)優(yōu)勢，來增強(qiáng)供電的可靠性與安全性入手，針對其存在的問題，提出了相應(yīng)的方案。

關(guān)鍵詞：電力電子;牽引供電系統(tǒng);優(yōu)勢;問題;對策

1利用電力電子技術(shù)構(gòu)建的新型牽引供電系統(tǒng)優(yōu)勢

1.1節(jié)省了自動(dòng)過分相裝置的投資費(fèi)用

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過分相，限制大部分都安裝自動(dòng)過分相裝置。這樣的設(shè)備投資巨大，并且日常的維護(hù)頻繁，維護(hù)的投入也不少，同時(shí)也比較復(fù)雜的。比如：1000公里左右的鐵路地面自動(dòng)過分相裝置，其投資超過600萬元。那么采用新型車載自動(dòng)過分相，只需要在線路旁邊設(shè)置磁鐵，在火車上裝一個(gè)控制器，這樣便有限的減少了自動(dòng)過分相裝置的投資費(fèi)用[1]。

1.2節(jié)約電價(jià)

牽引供電系統(tǒng)中，采用同一端口供電，負(fù)荷的均衡性得到良好改善，提高了變壓器負(fù)荷側(cè)的功率因數(shù)，降低了負(fù)序電流不對稱情況，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(jié)省的變壓器有功功率損耗費(fèi)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(tǒng)中，因?yàn)樨?fù)序和諧波功率，可以被潮流控制補(bǔ)償，甚至是消除。那么，牽引負(fù)荷三相對稱，牽引變壓器的損耗可以得到降低。

2現(xiàn)有牽引供電系統(tǒng)的主要問題

首先，現(xiàn)在的牽引供電系統(tǒng)，為了節(jié)省開支，大部分使用單相工頻交流制。但是這種方式主要是系統(tǒng)三相嚴(yán)重不平衡，其交流電氣化的鐵道牽引負(fù)荷不平衡。當(dāng)兩個(gè)臂負(fù)荷完全相同的情況下，采用平衡變換的變壓器，電流不對稱程度的情況非常嚴(yán)重。由于兩臂同時(shí)有的負(fù)荷小，并且機(jī)車類型和機(jī)車工作狀態(tài)的負(fù)荷有不同。三相總是處于嚴(yán)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(fù)荷時(shí)，3個(gè)異相供電臂負(fù)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(jī)車安全平穩(wěn)通過存在較大的隱患。并且無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。如果有高速列車通過時(shí)，絕緣器形成的硬點(diǎn)，都會(huì)對受電弓形成嚴(yán)重威脅，絕緣器同時(shí)也會(huì)燒損。并且這給火車司機(jī)的操作帶來了很大的不便。再次，是諧波與無功問題帶來的一些問題。我國的電氣化鐵道運(yùn)行的流器電力機(jī)車，在不同的工作狀態(tài)下，其牽引負(fù)荷電流相位角的變化幅度不一樣，致使功率因數(shù)也十分不穩(wěn)定。當(dāng)高速機(jī)車處于再生制動(dòng)時(shí)，機(jī)車電流反饋牽引網(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(fù)荷電流動(dòng)態(tài)的波動(dòng)幅度不同意，這使得補(bǔ)償無功功率的難度加大[4]。

3利用電力電子技術(shù)構(gòu)建的新型牽引供電系統(tǒng)

3.1新型牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

無源對稱補(bǔ)償技術(shù)和電力電子技術(shù)，都是解決現(xiàn)有牽引供電系統(tǒng)存在的問題的有效方法。這樣有良好的動(dòng)態(tài)平衡與補(bǔ)償效果，其結(jié)構(gòu)效果明顯。它主要由牽引主變壓器和平衡變換裝置所構(gòu)成，可以起到變壓平衡變換、補(bǔ)償負(fù)載無功和諧波的作用。一般情況下，有源濾波器主要是用于抑制諧波和補(bǔ)償無功，而同相供電系統(tǒng)的平衡變換裝置的另外一個(gè)重要功能，就是實(shí)現(xiàn)平衡變換。

3.2同相牽引變電所的結(jié)構(gòu)

同相牽引變電所的結(jié)構(gòu)，與主變壓器接線的方式以及平衡變換裝置的結(jié)構(gòu)變壓器等等的連接方式有很大關(guān)。有時(shí)，可能變壓器接線的方式有很多種，同相AT牽引變電所也就有多種接線類型。比如：三相三橋臂變流器結(jié)構(gòu)或兩“背對背”單相變流器結(jié)構(gòu)等等[5]。

3.3兩單相變流器變電所結(jié)構(gòu)

兩單相變流器構(gòu)成的同相牽引變電所結(jié)構(gòu)(圖)虛線部分是主變壓器，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(gòu)成方式清晰可見。

3.4三相四橋臂變流器的結(jié)構(gòu)構(gòu)建

三相四橋臂變流器為核心的平衡變換裝置。主要是通過對平衡變換裝置適當(dāng)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(xiàn)同相供電，達(dá)到三相的完全平衡。主要工作優(yōu)勢是。其只需要一臺(tái)工作變壓器和一臺(tái)平衡變換裝置。并且它的接線簡單，資金投入低，后期維護(hù)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(tǒng)就可以為無通信提供防護(hù)能力，采用最簡單的直供方式，可以保持繼續(xù)供電。平衡變換裝置主要由四橋臂變流器構(gòu)成，其控制方法會(huì)比較較復(fù)雜一些，如果平衡變換裝置出現(xiàn)一些故障時(shí)，牽引網(wǎng)將可能會(huì)失去通信防護(hù)的能力。

本文主要是對新型的同相牽引供電系統(tǒng)，開展了一些談?wù)摚饕治隽嘶跓o源對稱補(bǔ)償技術(shù)等等。隨著我國高速鐵路的迅速發(fā)展，對于同相牽引供電系統(tǒng)的運(yùn)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(gòu)建的新型牽引供電系統(tǒng)優(yōu)勢入手開始探討，詳細(xì)分析了其實(shí)施的客觀必要性。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(yùn)行方式。以期可以為同相供電系統(tǒng)應(yīng)用的推廣提供重要基礎(chǔ)。

作者:林艷 單位:平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)傳媒中心

參考文獻(xiàn)

[1]張秀峰，連級三.利用電力電子技術(shù)構(gòu)建的新型牽引供電系統(tǒng)[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(tǒng)研究[D].西南交通大學(xué)，2014.

[3]李猛.新型同相牽引供電系統(tǒng)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(tǒng)的研究[D].大連交通大學(xué)，2008.

[5]陳民武.牽引供電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與決策評估研究[D].西南交通大學(xué)，2009.