高速铁路电能品质补偿体系概述

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1、高速铁路电能品质补偿体系概述第1章绪论1.1课题的研究背景及意义我国高速铁路的发展日新月异，因此对电力设备的要求也提高了一个层次，同时更迫切要求更高的牵引供电质量。在完成普通电气化铁路到高铁转型的同时，也完成了相应电能质量特征的转变。我国在运的电力机车包括交流-直流和交流-直流-交流两种车型。其中，交流-直流型机车的标志车型为SS9型，交流-直流-交流型机车的标志车型为CRH型动车组[1-3]。这两种牵引负荷的电能特性相比较而言，交直型机车传动功率、负荷功率和效率低下，电机笨重，恒功范围窄，谐波和负序问题严重，性能远远不如交直交型机车[

2、4-6]。因此，我国高速铁路和客运专线普遍采用这种交流传动机车，因此成为未来电力机车发展的方向。高速铁路与普通电气化铁路相比，最突出的特点为速度快，因此相应的牵引功率会更大，持续的受电时间会更长，同时，交流机车采用的是三电平四象限P整流器，虽然低次谐波会被抵消，但是会出现较严重的高次谐波，同时也存在较为严重负序和电压波动等问题，严重影响供电安全，降低了电力系统的可靠性[5,6]。因此，对高速铁路电能质量的综合治理就成为当前高速铁路发展面临的重大课题。我国的高速铁路主要包含谐波和负序两个方面的电能质量问题[7]。交流机车虽然能很好的抑制低

3、次谐波，但是仍然存在严重的3次谐波和高次谐波，因此谐波问题仍是电能质量补偿方面的重大阻碍[8,9]。另外，一些电能质量补偿装置在补偿负序电流的同时也会产生谐波，而且不能完全补偿负序，所以，建立完整有效的谐波负序补偿系统成为当前电能质量补偿方面的重大课题[10]。1.2国内外高速铁路及其电能质量研究现状和分析高铁的历史可以追溯到1964年的日本东海道干线的开通，当时机车的最高运营时速就可以达到210km/h[11,12]。这之后，高速铁路如雨后春笋般进入各国人民的视野。如1981年的法国巴黎东南线的TGV列车和1991年德国的ICE列车，

4、另外还有英国、意大利、西班牙、比利时等欧洲国家已经都拥有自己的高速铁路，速度也在不断提升中，现在，时速超过300km的高速铁路已经成为世界高铁大国的发展必然趋势[13-15]。我国的高铁虽然起步落后日本四十年，但是发展飞速，结合国内外高铁技术，已经拥有了时速超过300km的高速铁路和高速机车。并且按照铁道部中长期发展的规划，我国预期在2020年达到60%以上的电气化率[16,17]。由于我国地大物博，在建的客运专线贯通南北东西，总里程超过了世界上所有国家高铁的总里程之和，更好的实现了城镇的高铁化，因此我国的高速铁路具有更好的发展前景和发

5、展潜力。我国在世界上首次实现了时速350km以上的高速列车，并已在京沪区间持续运行[18]。谐波和负序问题是电能质量问题中最为突出的问题，严重影响了电力系统的安全和运行的稳定，而因此发生的事故和造成的损失也非常巨大。下面介绍一下谐波和负序对电力系统的具体危害。其中，谐波电流和电压主要对电力系统的用电设备造成比较严重的影响：谐波电流会使输电线路产生谐波压降从而增大输电线路电流有效值形成电能损耗，使输电线路的寿命降低。谐波电流会引起旋转电机定子和转子间的损耗，这种损耗是由于涡流和集肤效应的存在而出现的而且要大于直流电阻对旋转电机的损耗。谐波

6、电流会因为电力电容与其他电力设备产生串联的谐振现象而被放大，这种谐振严重时可能会烧毁电力设备。.第2章高速铁路供电系统及电力机车2.1供电电源高速铁路所需的全部电量是由电力系统的变电站和变电站的高压输电线来提供的。变电站向牵引站供电，牵引站的供电又分为110kV、220kV和330kV三个电压等级[36]。普通的电气化铁路一般使用110kV电压等级供电，高速铁路主要是采用220kV电压等级供电。由于高速铁路主要是客运，电气化铁路主要是货运，所以要求高速铁路无论是速度还是机车的功率都要优于电气化铁路，因此需要相对更长的持续受电时间，因此，

7、要求牵引站供电的可靠性也更高。为了保证供电的可靠性，牵引站采用的供电方式为双路电源供电。双路供电电源供电包括变电站为同一区域供电和为不同区域供电两种方式。采用其中的哪一种需要考虑当地的电网情况并且是否满足经济性和可靠性等。.2.2牵引供电系统牵引供电系统是由牵引站和牵引网共同组成为电力机车供电的装置。针对各型号电力机车对电流、电压的不同要求，牵引站将变电站高压输电线传输来的电能通过不同接线型式的牵引变压器变成25kV单相工频交流电供给电力机车使用，然后通过牵引网的馈电线将电能传送到对应的接触网上。这样在电力机车升弓后从接触网得到电能牵引

8、机车运行。在这个过程中牵引变压器实现了降压，牵引站的电气接线实现了三相变单相。牵引网包括馈电线、接触网、轨道回路和回流系统等。牵引网配合牵引站向电力机车供电，馈电线把牵引站变换后单相工频交流电传送给接触网。