电力电子技术的新型牵引供电系统研究

摘要：牵引供电系统存在着谐波、无功、负序等等其自身无法解决的问题。并且对高速铁路的安全运行构成了严重的威胁。主要是探究了利用电力电子技术和构成的新型牵引供电系统。新系统具有综合经济技术性能优越的强大优势，其通信防护效果也比较好。利用电力电子技术可以有效的滤除谐波，消除系统不平衡现象，实现稳定的为用户供电的目的。主要是从利用电力电子技术构建的新型牵引供电系统优势，来增强供电的可靠性与安全性入手，针对其存在的问题，提出了相应的方案。

关键词：电力电子；牵引供电系统；优势；问题；对策

1利用电力电子技术构建的新型牵引供电系统优势

1.1节省了自动过分相装置的投资费用

为了实现自动过分相，限制大部分都安装自动过分相装置。这样的设备投资巨大，并且日常的维护频繁，维护的投入也不少，同时也比较复杂的。比如：1000公里左右的铁路地面自动过分相装置，其投资超过600万元。那么采用新型车载自动过分相，只需要在线路旁边设置磁铁，在火车上装一个控制器，这样便有限的减少了自动过分相装置的投资费用[1]。

1.2节约电价

牵引供电系统中，采用同一端口供电，负荷的均衡性得到良好改善，提高了变压器负荷侧的功率因数，降低了负序电流不对称情况，释放了变压器的容量，降低了变压器油温升，有效的降低了耗电量[2]。

1.3节省的变压器有功功率损耗费用

牵引变压器有功功率的主要损耗，是铜耗和铁耗。在同相供电系统中，因为负序和谐波功率，可以被潮流控制补偿，甚至是消除。那么，牵引负荷三相对称，牵引变压器的损耗可以得到降低。

2现有牵引供电系统的主要问题

首先，现在的牵引供电系统，为了节省开支，大部分使用单相工频交流制。但是这种方式主要是系统三相严重不平衡，其交流电气化的铁道牵引负荷不平衡。当两个臂负荷完全相同的情况下，采用平衡变换的变压器，电流不对称程度的情况非常严重。由于两臂同时有的负荷小，并且机车类型和机车工作状态的负荷有不同。三相总是处于严重不平衡的状态[3]。其次，换相联接后任意3个异相供电臂都有相同负荷时，3个异相供电臂负荷都不同。换相联接对三相不平衡的特点，改善效果不明显程。此外换相联接后的分相绝缘器使用，使电力机车安全平稳通过存在较大的隐患。并且无论是分相或是分段绝缘器，在电气上的使用都是相对脆弱的部分。如果有高速列车通过时，绝缘器形成的硬点，都会对受电弓形成严重威胁，绝缘器同时也会烧损。并且这给火车司机的操作带来了很大的不便。再次，是谐波与无功问题带来的一些问题。我国的电气化铁道运行的流器电力机车，在不同的工作状态下，其牵引负荷电流相位角的变化幅度不一样，致使功率因数也十分不稳定。当高速机车处于再生制动时，机车电流反馈牵引网，电流相位角变回相对滞后。发生牵引网短路故障时，故障电流相位角也同样滞后。正常的工况下，相位角的大幅度变化和牵引负荷电流动态的波动幅度不同意，这使得补偿无功功率的难度加大[4]。

3利用电力电子技术构建的新型牵引供电系统

3.1新型牵引供电系统的结构

无源对称补偿技术和电力电子技术，都是解决现有牵引供电系统存在的问题的有效方法。这样有良好的动态平衡与补偿效果，其结构效果明显。它主要由牵引主变压器和平衡变换装置所构成，可以起到变压平衡变换、补偿负载无功和谐波的作用。一般情况下，有源滤波器主要是用于抑制谐波和补偿无功，而同相供电系统的平衡变换装置的另外一个重要功能，就是实现平衡变换。

3.2同相牵引变电所的结构

同相牵引变电所的结构，与主变压器接线的方式以及平衡变换装置的结构变压器等等的连接方式有很大关。有时，可能变压器接线的方式有很多种，同相AT牵引变电所也就有多种接线类型。比如：三相三桥臂变流器结构或两“背对背”单相变流器结构等等[5]。

3.3两单相变流器变电所结构

两单相变流器构成的同相牵引变电所结构（图）虚线部分是主变压器，它主要采用的是三相变四相平衡变压器，其阻抗匹配平衡变压器构成方式清晰可见。

3.4三相四桥臂变流器的结构构建

三相四桥臂变流器为核心的平衡变换装置。主要是通过对平衡变换装置适当控制，使得各变电输出的同相位电压，取消了分相绝缘器，从而可以实现同相供电，达到三相的完全平衡。主要工作优势是。其只需要一台工作变压器和一台平衡变换装置。并且它的接线简单，资金投入低，后期维护方便。平衡变换装置的容量不会受到主变压器的影响。一旦平衡变换装置的故障时，系统就可以为无通信提供防护能力，采用最简单的直供方式，可以保持继续供电。平衡变换装置主要由四桥臂变流器构成，其控制方法会比较较复杂一些，如果平衡变换装置出现一些故障时，牵引网将可能会失去通信防护的能力。

本文主要是对新型的同相牵引供电系统，开展了一些谈论，主要分析了基于无源对称补偿技术等等。随着我国高速铁路的迅速发展，对于同相牵引供电系统的运行和控制的研究也是十分必要的。本文从利用电力电子技术构建的新型牵引供电系统优势入手开始探讨，详细分析了其实施的客观必要性。此外，本文主要讨论了控制器的控制模式，以及牵引变电所的运行方式。以期可以为同相供电系统应用的推广提供重要基础。

作者:林艳 单位:平潭综合实验区传媒中心

参考文献

[1]张秀峰，连级三.利用电力电子技术构建的新型牵引供电系统[J].变流技术与电力牵引，2007（3）：49-54+59.

[2]何晓琼.基于多电平三相-单相变换器的贯通式同相牵引供电系统研究[D].西南交通大学，2014.

[3]李猛.新型同相牵引供电系统仿真的研究[D].大连交通大学，2008.

[4]卢海霞.基于交直交逆变器新型牵引供电系统的研究[D].大连交通大学，2008.

[5]陈民武.牵引供电系统优化设计与决策评估研究[D].西南交通大学，2009.