电气化铁路电能质量问题分析
Analysis of Power Quality Issues of Electrified Railway System

作者: 王金浩 , 徐 龙 :国网山西省电力公司电力科学研究院,山西 太原 ; 冯 磊 , 李慧蓬 :国网山西省电力公司电力科学研究院,山西 太原; 吕晓慧 , 徐永海 :华北电力大学电气与电子工程学院,北京;

关键词: 电气化铁路电能质量谐波三相不平衡评估治理Electrified Railway Power Quality Harmonics Three-Phase Imbalance Evaluation Treatment

摘要:
电气化铁路具有高速化、重载化、能源利用率高、经济效益好等优点。但电气化铁路牵引负荷属于大功率非线性单相负荷,接入电网后会对给其供电的电力系统带来谐波、三相不平衡等电能质量问题,不利于公用电网安全、经济运行。本文首先介绍了电气化铁路接入电网电能质量特性,主要对电气化铁路牵引负荷引起的两大主要电能质量问题谐波和负序进行详细分析;然后对电气化铁路接入电网后产生的谐波、负序对电力系统各环节的影响进行了总结;最后对目前常用的改善公用电网电能质量措施进行分类,为电气化铁路接入电网电能质量评估、治理提供参考依据。

Abstract: Railway electrification has advantages such as high speed, heavy load, high energy utilization and good economic benefits. But the traction load of electrified railway is a high power, single phase and nonlinear load, its access to the grid will bring about power quality problems such as harmonics, three-phase imbalance which go against safe and economic operation of power system. Firstly after electrified railway connects to power system the characteristics of power quality are introduced in this paper. The main problems, harmonic and negative sequence caused by the traction load of electrified railway, are analyzed in detail. Then, the influence of harmonic and negative sequence on power system is summarized. Finally, the current measures to improve the power quality of the utility grid are classified. A reference is provided for the power quality evaluation and treatment after the electrified railway connects to power system.

文章引用: 王金浩 , 徐 龙 , 冯 磊 , 李慧蓬 , 吕晓慧 , 徐永海 (2016) 电气化铁路电能质量问题分析。 电力与能源进展, 4, 1-8. doi: 10.12677/AEPE.2016.41001

参考文献

[1] 高然, 永海, 夏瑞华. 电气化铁路负序电流对发电机负序过电流保护的影响[J]. 电力系统保护与控制, 2009, 37(19): 41-45.

[2] Liu, Y.-Q., Wu, G.-P., Hua, H.-S. and Wang, L. (2011) Research for the Effects of High-Speed Electrified Railway Traction Load on Power Quality. Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies (DRPT), 10, 569-573.

[3] 刘育权, 吴国沛, 华煌圣, 等. 高速铁路牵引负荷对电力系统的影响研究[J]. 电力系统保护与控制, 2011, 39(18): 150-154.

[4] 王紫珏. 电气化铁路牵引负荷电能质量评估[D]: [硕士学位论文]. 北京: 华北电力大学, 2013: 7-8.

[5] 张渊源. 典型非线性负荷接入电网电能质量特性分析与评估[D]: [硕士学位论文]. 北京: 华北电力大学, 2014: 15-17.

[6] 刘莹. 电气化铁路接入对电网电能质量的影响评估及治理研究[D]: [硕士学位论文]. 济南: 山东大学, 2014: 24.

[7] 谭秀炳. 交流电气化铁路牵引供电系统[M]. 成都: 西南交通大学出版社, 2009: 1, 184-185.

[8] 李亚楠. 电气化铁路牵引供电容量优化的研究[D]: [硕士学位论文]. 成都: 西南交通大学, 2013: 8.

[9] 刘福生, 聂光前. 利用阻抗匹配方案构成的新型平衡变压器[J]. 铁道学报, 1998, 10(4): 16-22.

[10] 郭宝库. 三相变两相平衡变压器[P]. 中国专利: ZL92232298.8.

[11] 张志文. 星形-双梯形接线三相变四相或三相变两相平衡变压器原理研[J]. 中国电机工程学报, 2007, 27(3): 78- 82.

[12] Deng, M.-L., Wu, G.N., Zhang, X.Y., Fan, C.-L., He, C.-H. and Ye, Q. (2008) The Simulation Analysis of Harmonics and Negative Sequence with Scott Wiring Transformer. International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis, Beijing, 21-24 April 2008, 513-516.

[13] 李群湛, 张进思, 贺威俊. 适于重载电力牵引的新型供电系统的研究[J]. 铁道学报, 1988, 10(4): 23-31.

[14] 祁忠永. 电气化铁路同相供电方案及经济性分析[J]. 电气化铁道, 2013(4): 23-26.

[15] 夏焰坤, 李群湛, 解绍峰, 等. 电气化铁道贯通同相供电变电所控制策略研究[J]. 铁道学报, 2014, 36(8): 25-31.

[16] 张刚毅, 李群湛. 电气化铁道异相供电方式向同相供电方式的转换[J]. 电力自动化设备, 2012, 32(11): 142-145.

[17] 解绍峰. 电气化铁路理想同相供电系统供电方案及其优化研究[J]. 学术动态, 2012(2): 10-13.

[18] 于坤山, 周胜军, 王同勋, 乔光尧, 等. 电气化铁路供电与电能质量[M]. 北京: 中国电力出版社, 2011: 204.

[19] 许志伟, 罗隆福, 张志文. 一种新型电气化铁道电能质量综合补偿[J]. 电工技术学报, 2015, 30(8): 266-272.

[20] Mochinaga, Y., Hisamizu, Y., Takeda, M., Miyashita, T. and Hasuike, K. (1993) Static Power Conditioner Using GTO Converters for AC Electric Railway. Conference Record of the Power Conversion Conference, Yokohama, 19-21 April 1993, 641-646.
http://dx.doi.org/10.1109/pccon.1993.264181

[21] 张鑫, 江全元. 基于V/v接线变压器的铁路功率调节器容量配置和能量优化补偿策略[J]. 电力自动化设备, 2014, 34(1): 102-108.

[22] 张志文, 王丹, 胡斯佳, 等. 一种混合型电气化铁道电能质量综合治理系统及其容量分析[J]. 电力自动化设备, 2014, 34(12): 89-94.

[23] Ma,, F.J., Luo, A., Xu, X., Xiao, H., Wu, C. and Wang, W. (2013) A Simplified Power Conditioner Based on Half- Bridge Converter for High-Speed Railway System. IEEE Transactions on Power Electronics, 60, 728-738.
http://dx.doi.org/10.1109/tie.2012.2206358

[24] 陈柏超, 张晨萌, 袁傲, 等. 基于V_v牵引供电系统的混合式电能质量补偿研究[J]. 电工技术学报, 2013, 28(12): 60-69.

[25] 马伏军, 罗安, 徐先勇, 等. 大功率混合型电气化铁路功率补偿装置[J]. 电工技术学报, 2011, 26(10): 93-102.

[26] 荆龙, 唐芬, 王之赫. 基于模块化多电平换流器的牵引供电系统电能质量治理方法[J]. 电力系统自动化, 2015, 39(11): 173-179.

[27] 王之赫, 童亦斌, 荆龙. 基于MMC的铁路功率调节器方案对比[J]. 电气传动, 2015, 45(4): 46-59.

[28] Pei, S.P. and Chen, Y.G. (2011) The Control and Compensation Strategy Research of Unified Power Quality Conditioner. International Conference on Consumer Electronics, Communications and Networks, Xianning, 16-18 April 2011, 1775-1778.

[29] 张定华, 桂卫华, 王卫安, 等. 牵引变电所电能质量混合态治理技术[J]. 中国电机工程学报, 2011, 31(7): 48-55.

[30] 寇磊, 罗安, 吴传平, 等. 基于两相三线变流器的新型高铁电能质量补偿装置[J]. 电网技术, 2013, 37(1): 224- 229.

分享
Top