Modellingandperformanceanalysisofadvancedcombinedcophasetractionpowersupplysystem翻译.docx

西 南 交 通 大 学外文资料翻译年 级: 2012级学 号: 名: 姜宏民专 业: 电气工程及其自动化指导老师: 陈民武2016年5月电气化铁路先进的组合式牵引同相供电系统建模与性能分析摘要：一种先进的组合式同相牵引供电系统在电气化铁路采用单相牵引变压器和有源功率流潮流控制器（PFC）。在新的系统中，由单相牵引负荷产生的电源质量问题能够在电网侧解决，并且在牵引侧中性区还能为电气化列车提供连续的动力。新系统的数学模型是用功率变换分析法得到的。PFC的补偿电流是基于功率平衡原理计算的根据中国的电能质量标准，优化的部分补偿算法提出要取代现有的全部补偿。此外，采用推荐的算法所计算的PFC容量在相同结果下大大小于先前的学术研究。补偿算法和控制方法的正确性能够被仿真结果展示出来并且所推荐系统的有效性已经被学术事例所证实。1简介单相25伏交流牵引供电系统（TPSS），用于为电力机车进行电压转换，已被广泛采用在电气化铁路中[1]。为了满足高速和重载运输的要求，在整个欧洲和中国，新的高功率机车和电气并联装置已在主干线上被设计和应用[2-5]。由于高功率要求，巨大的不平衡电流注入电网和三相电压不平衡现象十分严重，特别是在某些电网薄弱的地区[6-7]。同时，大量现有的直流供电的机车产生无功功率并降低功率因数，导致牵引变压器工作在降低的状态，并增加了传输功率损失[8]。牵引变电站一次平均值要小于0.9，否则将支付高额罚款。此外，在传统的突出障碍系统中，电隔离段，即出口变电站中性段，会造成包括过电压，励磁涌流，机车速度损失甚至相位混乱事故等严重问题[10,11]。近年来解决这些问题的各种技术已经调查出来。一些特殊的平衡牵引变压器被提出来[12-14]。不幸的是，由于机车的数量，速度和位置原因，牵引侧的牵引力很少是平衡的。与单相牵引变压器相比，复杂的连接配置和较低容量的新机型的可用性也禁止他们的实际应用。补偿器技术已经被采用系统的电能质量也得到了提高[15-18]。然而，在这些研究中三相两相牵引供电方案仍被采用且电分相不可避免。最近，同相供电系统被提出且一个实际的有阻抗匹配平衡变压器的10 MVA、27.5 kV同相系统也在中国铁路被设计和发展出来[19-21]。在同相供电系统中，牵引变压器为单向牵引负载供电，电分相也可以随后被消除。此外，电能质量可由功率流控制器（PFC）进行补偿。三相平衡和统一的电流能够在电网侧实现。然而，阻碍同相供电系统的主要障碍是高成本和PFC补偿容量大。在[22-23]中，混合补偿技术在拓扑设计中引入了减小容量的方法PFC。然而，对被动设备的主要参数的连续调整是困难的，动态补偿的有效性受按时间变化的牵引负荷的影响。事实上，根据我国的电能质量标准，部分补偿更适用于牵引供电系统[24,25]而不是全额补偿[19,20]。一部分同相牵引供电系统无功补偿模型和PFC的补偿电流的推导在[24]。然而，PFC的容量不仅与无功功率补偿有关，而且平衡功率补偿有关。在[25]中，一种用于PFC补偿算法提出了无功功率不平衡降低比率。不同的补偿目标，不同容量的配置方案已单独讨论。然而，补偿的目标是由指定的限制值表达，三相电压不平衡比补偿控制系统的设计更受欢迎，而一个通用的补偿模型仍然缺乏供参考的电流动态计算。此外，通过与连续牵引电源PFC一起工作，牵引变压器的安装容量可减小，相应的价格可以显著降低，特别是中国的高速、重载铁路。与复杂的三相-两相变压器相比，在同相供电系统中简单的单相变压器因为低成本和高容量利用率更受欢迎[26]。本文中提出了一个使用单相牵引变压器和潮流控制器PFC的组合式同相供电系统。单相牵引变压器可提供牵引负荷的主要动力，PFC主要用于电能质量补偿。三相PFC升压变压器用来代替传统的单相变压器，可以改变PFC的输入端口的电压相位角。一方面，新系统的良好平衡的特点可采用三相升压变压器来实现的，它可以减少容量和PFC尤其不平衡功率补偿成本。另一方面，设置不同变压器的尺寸和成本主要取决于额定电压和容量。虽然在连接复杂度和安装有一定的差异，但是他们很容易制造和广泛使用。为了分析其性能，建立了一种基于三相单相功率变换方法的新系统的数学模型。对PFC的补偿电流进行了推导，对三相电压不平衡率限值和PF补偿后的进行了表达。提出了减少PFC部分补偿算法的优化容量，以及根据电能质量标准的成本。仿真结果验证了补偿算法和控制方法的可行性。此外，案例研究表明该系统的效率较传统的效率较高。2组合式同相牵引供电系统的建模2.1组合式同相牵引供电系统的电气结构在组合式同相供电系统中，一个单相牵引变压器与一个称为PFC的单相背靠背变流器一块运行，如图1a所示，在牵引侧，牵引变压器和PFC为机车提供持续的频繁的同相电压。因