伴隨著我國(guó)電氣化鐵路飛速發(fā)展,其電能質(zhì)量問(wèn)題由早期的無(wú)功影響、負(fù)序、諧波等問(wèn)題轉(zhuǎn)換為負(fù)序?yàn)橹鞯碾娔苜|(zhì)量問(wèn)題。為降低牽引負(fù)荷對(duì)電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)(Point of Common Coupling, PCC)處不平衡的影響,通常在分相分區(qū)處設(shè)置電分相,采用輪換相序、分相分區(qū)供電的方案。
電分相的存在會(huì)帶來(lái)機(jī)車(chē)掉速、過(guò)電壓、施工選址受限等問(wèn)題,對(duì)于機(jī)車(chē)的正常運(yùn)行存在一定的安全隱患。此外,以青藏線和川藏線為代表的電氣化鐵路建設(shè)存在外部電源薄弱,長(zhǎng)大坡道多,不宜過(guò)多設(shè)定電分相等問(wèn)題,對(duì)既有牽引供電方式提出了新的挑戰(zhàn)。
針對(duì)負(fù)序和電分相等問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程人員進(jìn)行了大量研究及工程實(shí)踐。俄羅斯等國(guó)采用雙邊供電省去變電所之間分區(qū)所處的電分相,但會(huì)產(chǎn)生均衡電流,同時(shí)負(fù)序問(wèn)題亦存在。德國(guó)通過(guò)自建電廠或利用公用電網(wǎng)向機(jī)車(chē)供電,能夠有效解決負(fù)序及電分相等問(wèn)題,由于成本較高,只在少數(shù)國(guó)家采用。日本學(xué)者提出的功率融通裝置能夠較好地實(shí)現(xiàn)負(fù)序等電能質(zhì)量問(wèn)題的治理,但電分相問(wèn)題仍存在。
為解決電分相問(wèn)題,德國(guó)、法國(guó)、日本等國(guó)研究了過(guò)分相技術(shù),仍有一定不足,裝置壽命受影響,投資較大,對(duì)施工選址亦有要求。西南交通大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在同相供電領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究,在解決負(fù)序等電能質(zhì)量問(wèn)題的同時(shí),可取消牽引變電所出口處的電分相。
為了進(jìn)一步解決長(zhǎng)大坡道的電氣化鐵路供電問(wèn)題,有必要研究長(zhǎng)距離無(wú)分相貫通供電技術(shù),最大限度減少電分相的數(shù)量,同時(shí)不會(huì)帶來(lái)新的電能質(zhì)量問(wèn)題。
有學(xué)者提出了一種牽引電纜貫通供電系統(tǒng);有學(xué)者提出了一種牽引變電所群貫通供電系統(tǒng),針對(duì)其負(fù)序問(wèn)題,可采用集中補(bǔ)償進(jìn)行負(fù)序治理。集中補(bǔ)償時(shí)需異地實(shí)時(shí)采集待補(bǔ)償?shù)臓恳?fù)荷數(shù)據(jù),若以有功型方式進(jìn)行負(fù)序集中補(bǔ)償,需調(diào)度有功潮流進(jìn)行負(fù)序補(bǔ)償,增加了難度,負(fù)荷較大時(shí)可能出現(xiàn)功率反送的現(xiàn)象。因此,需研究新的補(bǔ)償方式,而采用無(wú)功型補(bǔ)償方式可作為負(fù)序集中補(bǔ)償?shù)挠行侄沃弧?/p>
鑒于靜止無(wú)功發(fā)生器(Static Var Generator, SVG)的優(yōu)點(diǎn),可利用SVG進(jìn)行負(fù)序集中補(bǔ)償。針對(duì)較為復(fù)雜的負(fù)序集中補(bǔ)償,西南交通大學(xué)等單位的研究人員提出一種基于YNd變壓器與SVG的電氣化鐵路同相供電綜合補(bǔ)償方案及策略。
圖1 牽引變電所群貫通供電方案示意圖
他們以YNd11變壓器為例,將基于YNd變壓器與靜止無(wú)功發(fā)生器的同相供電綜合補(bǔ)償方案分為二端口補(bǔ)償模式和三端口補(bǔ)償模式。研究負(fù)序補(bǔ)償?shù)幕驹?,?gòu)建二端口補(bǔ)償模式和三端口補(bǔ)償模式的同相供電綜合補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型,并給出確定補(bǔ)償方案的方法。根據(jù)不同的補(bǔ)償模式數(shù)學(xué)模型,提出相應(yīng)的補(bǔ)償控制策略,通過(guò)仿真驗(yàn)證同相供電綜合補(bǔ)償方案及控制策略的正確性和有效性。
圖2 牽引電纜貫通供電方案示意圖
研究人員最后認(rèn)為:
1)基于YNd變壓器與SVG的電氣化鐵路同相供電綜合補(bǔ)償方案分為二端口補(bǔ)償模式和三端口補(bǔ)償模式,對(duì)于任意功率因數(shù)牽引負(fù)荷三端口補(bǔ)償模式是完備的;而二端口補(bǔ)償模式在功率因數(shù)不為1的情形是不完備的,在一定范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)負(fù)序的治理,同時(shí)提高了設(shè)置補(bǔ)償裝置處牽引所的功率因數(shù),但是當(dāng)出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候,會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)降低。
2)所提綜合補(bǔ)償方案及控制策略具有普適性,既適用于單所同相供電,同時(shí)也適用于長(zhǎng)距離無(wú)分相貫通同相供電。相較全補(bǔ)償,采用部分補(bǔ)償模式后,在一定程度上能夠降低各端口SVG的容量,考慮到經(jīng)濟(jì)性及設(shè)備的容量,在國(guó)標(biāo)允許的范圍內(nèi)采用部分補(bǔ)償即可。
3)所提方案在實(shí)現(xiàn)PCC點(diǎn)處負(fù)序治理的同時(shí),可兼顧PCC處因牽引負(fù)荷引起的諧波的治理。
以上研究成果發(fā)表在2020年第17期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》,論文標(biāo)題為“基于YNd變壓器與靜止無(wú)功發(fā)生器的電氣化鐵路同相供電綜合補(bǔ)償方案”,作者為王輝、李群湛、李晉、解紹鋒、黃文勛。