电气化铁路供电系统电能质量综合补偿技术研究
发表时间：2018-06-15T09:55:07.173Z 来源：《电力设备》2018年第3期作者：杨峰陈冲
[导读] 摘要：随着我国经济水平的不断提高与社会建设的日渐完善，电气化铁路将得到更为广泛的应用，有效地缓解我国交通运输的压力。
（中铁电气化局集团有限公司电气化公司河北省石家庄市 050000）
摘要：随着我国经济水平的不断提高与社会建设的日渐完善，电气化铁路将得到更为广泛的应用，有效地缓解我国交通运输的压力。作为经济与社会发展的巨大命脉，电气化铁路的牵引机车需要极其稳定与安全的供电网，为此，采取有效的电气化铁路电能质量综合补偿技术就具有极为深远的经济价值与社会意义。本文试对我国电气化铁路供电系统的电能质量综合补偿技术进行浅要分析，旨在为今后铁路供电网的安全可靠提供理论支持。
关键词：电气化铁路；供电系统；电能质量；综合补偿技术
前言
自古以来，“衣食住行”便是国计民生的根本，成为备受关注社会问题。随着我国经济水平的不断提高与社会发展模式的日渐完善，“行”的概念与方式俨然发生了翻天覆地的变化，其中电气化铁路交通给人们带来了便捷高效，在广泛的实践和应用过程中起到了极为巨大的作用。对于铁路交通而言，安全是第一要义，由于机车牵引供电网的稳定关系到电气化铁路的正常运营，其存在的电能质量问题给上级电力系统的安全运行带来了巨大影响，所以采取有效的电气化铁路电能质量综合补偿技术将成为保障铁路运输安全的必要条件。
1.电气化铁路电能质量存在的问题
电气化铁路运输电力机车在不同工况下，牵引负荷电流相位角（相对于牵引网电压）的变化幅度较大导致平均功率因数偏低。当机车处于再生制动工况时，机车电流反馈牵引网，电流相位角为滞后120°~130°；机车过电分相产生激磁涌流，可视为纯感性电流，相位角接近滞后90°；机车处于其他工况时，相位角为35°~37°（功率因数为0.82-0.8）；而在牵引网短路故障时，故障电流相位角为滞后65°~70°，我国电气化铁路大量采用交-直-交或交-直型电力机车，其功率输入侧采用相控整流技术将向牵引供电网注入大量的谐波电流，使电气元件产生附加损耗，影响电气设备的正常工作，造成谐波过流，甚至引起继电保护装置的误动，导致设备损坏、大面积停电等恶性事故。
2.电气化铁路供电系统电能质量综合补偿技术的概述
近年来，随着我国电气化铁路交通运输方式的广泛应用，电气化铁路产生大量谐波导致电网功率因数降低的问题日益突出，为此就必须采取有效措施，针对性的解决大量牵引负荷接入造成的电能质量问题。“目前，大多数国家对电气化铁路的无功和谐波问题普遍采取无源滤波器滤除特定次数的谐波，并提供固定容量的无功补偿”[1]，而我国则是依赖于牵引机车的情况，利用牵引所轮换相序的接入方式来消除负序电流，但此方式也不能从根本上提升电能质量。为进一步解决牵引负荷造成的电能质量问题，就必须形成一种针对电气化铁路的负序、谐波和无功等电能质量问题采取一系列有效治理措施，即电气化铁路供电系统电能质量综合补偿技术。
3.电气化铁路供电系统综合补偿技术的探究
3.1电气化铁路供电系统综合补偿技术的基本结构
电气化电能质量综合补偿系统的结构十分复杂，主要可以分为RPC与TSC两大类，RPC为有源装置，包含两个共用直流电容的变流器，两个变流器呈背向结构，且接通降压变压器进而依靠两只供电臂供电。这种结构模式可以有效地降低铁路供电系统的功率控制器负载电量，继而减少能源的浪费，节约资金成本。同时由于供电臂下各自装有一整套TSC组，继而实现了TSC与RPC的并联与通电，补偿结构由两者共同组成。
3.2电气化铁路供电系统综合补偿技术的控制策略
3.2.1RPC与TSC协调控制
由于电气化铁路供电系统综合补偿技术需要为铁路功率控制器补偿总无功量，通过这种操作，才能保障由足够的无功量可以分配给功率控制器以及晶闸管控制电容器。在实际操作操作的过中，技术人员要将铁路功率控制器的补偿量将直接通过电流对变流器进行控制，并“实现铁路功率控制器和晶闸管电容控制器的协调控制。”[2]
3.2.2负序、谐波无功检测
电气化铁道供电系统由电力系统与高压输电、牵引变电所降压、变相或换流等环节构成，在此基础上向电气化铁道运行的电力机车、动车组输送电力。电气化铁道供电系统能够直接供电，且具有投资较少、运营和维护十分方便的优点，然而其供电能力极其有限。为了克服其供电的不足，便需要利用供电系统电能质量综合补偿技术尽量减少牵引网的电流阻抗。电气化铁路属于单相系统，即其只能依赖于单相瞬时功率理论对负序以及谐波、无功等进行检测，当“两相电压信号和实时电流相乘，并将所得到的乘积相加。”[3]由于铁路功率控制器不能承担全部无功补偿，所以在检测时，需要将无功电流进行有效地分离。铁路公路控制器并不完全承担全部无功补偿，在完成无功电流的基础上，需要进行必要的分离处理，并且采取与有功电流叠加的方式，减去供电臂负载电流，在这种操作模式下，才能够确保铁路功率控制器负号与谐波参考检测的有效性与完整性。
3.2.3铁路有源功率控制策略
稳定的直流侧电压可以保障铁路控制器正常工作，且可以肯定的是，直流侧电压在通过这两个物品时可以共同维持，确保两个变流器从侧面出发保持较高的反应速度。[4]变流器能够同时对谐波以及无功补偿进行处理，同时承担起功率模块开关，确保两个变流器功率相等，构建起三相电流对称的有源功率控制体系，增强了整个变流器控制的灵敏度。
结论
作为我国交通运输工具中不可或缺的一部分，电气化铁路已经得到了人们的青睐与广泛应用，由于其用电的特殊性，为了保障电气化铁路的安全与稳定，实现长久的发展与用电安全，所以电气化铁路供电系统在应用的过程中必须实行电能质量综合补偿技术，用以改善当前的不利局面。“使得RPC在进行有功调节和谐波抑制的同时只补偿少量的无功，有效降低了RPC容量”[5]。
参考文献
[1] 张国东.电气化铁路供电系统电能质量综合补偿技术探讨[J].建筑工程技术现代商贸工业，2014（20）.
[2] 吴传平，罗安，孙娟，张寅，王刚.一种电气化铁路电能质量综合补偿系统[J].电工技术学报，2011（10）：68-76.