高速铁路电能质量有源无源混合补偿方法

针对高速铁路给电网带来的高次谐波和负序等电能质量问题,提出一种采用有源和无源相结合的混合补偿方案。其中有源补偿装置采用单相背靠背变流器结构,安装在牵引变电所牵引侧,主要补偿负序和11次以下的低次谐波;无源补偿采用高通滤波器,安装在分区所,主要滤除13次及以上的高次谐波。对有源补偿装置的主电路结构和控制策略、高通滤波器参数设计方法进行了理论分析,用PSCAD/EMTDC软件对所提出的方案进行了仿真研究。仿真结果表明,所提出的有源补偿装置控制策略和无源高通滤波器参数设计是有效的,实现了高速铁路负序和谐波的综合补偿。     

基于联合补偿的电网牵引变负序补偿

以往的牵引变电能质量调节器采用就地单独补偿的方式,受设备容量的制约严重,并且治理成本很高。根据各牵引变产生的负序电流相位不同并可互相抵消的原理,提出了一种基于联合补偿的电网牵引变补偿技术,在降低治理成本的同时,达到对牵引供电系统的负序治理目标。仿真结果表明了联合补偿方法的正确性和有效性。     

电气化铁路中SVC负序补偿应用技术研究

随着电气化铁路的迅速发展,电铁牵引负荷产生的负序分量及高次谐波,除对牵引供电系统造成危害外,还会造成电力系统负序及谐波污染^[1],因而,电铁的负序及谐波危害已成为制约我国电气化铁路发展的重要因素。结合电气化铁路给电网带来的影响,着重探讨电铁负序补偿中SVC的使用问题。根据国外一些发达国家如日本、澳大利亚等国成功将SVC技术应用在电气化铁路的无功和负序补偿案例以及国内SVC负序补偿应用实例,对SVC负序补偿原理及运行方式进行了研究分析,对SVC在电铁负序治理中的应用前景做了初步探讨,以期提高电力系统运行的经济效益和社会效益。     

光伏接入牵引供电系统的多元制约因素初探

光伏接入牵引供电系统虽有利于电能就近消纳及铁路绿色发展,但铁路牵引供电系统三相-两相变换、单相运行的特殊性将迫使光伏在接入过程中受多方因素制约,目前尚缺少系统深入研究。为此,针对光伏逆变器适应性、谐波负序无功交互影响、牵引网网压稳定性、光伏电能消纳及机车再生制动能量返送等问题开展全面研究。首先,基于光伏发电系统与牵引供电系统的运行特性,理论分析了上述7个方面的交互影响机理;其次,搭建光伏-牵引供电系统联合仿真模型,并验证模型的正确性;最后,在联合仿真模型基础上,结合实测数据逐一进行仿真分析。结果表明:对牵引侧,光伏的接入虽有利于降低负序电流,补偿牵引网电压,但会降低其月平均功率因素,并使谐波问题复杂化;对光伏侧,网压的频繁突变及返送的制动能量会对光伏逆变器的适应性提出更高要求,同时光伏电能的消纳情况受多类因素影响。该研究结果可为光伏在牵引系统中的应用提供参考。     

拉林电气化铁路对牵引站附近变电站继电保护影响分析

指出电铁机车在用电过程中产生大量的负序与谐波,并且电铁机车沿铁路沿线移动用电,产生的危害性远比其他负荷更为严重。阐述了拉林铁路牵引机车运行对电网各牵引站谐波的影响,并介绍了电气化铁路电能质量对继电保护、线路保护、母线保护的影响,认为大幅提高周边电源点与电网的负序水平,改变周边电网的短路电流水平及故障特性,从而对继电保护装置的正常运行造成影响。在对拉林电气铁路引起附近电源点与电网的谐波与负序分量进行分析的基础上,对不同原理不同类型的保护设备进行了分析,研究了电能质量对继电保护装置的影响,提出了可行的解决方案。     

虚拟同步发电机的电网适应性控制策略研究北大核心CSCD

文章针对实际电网工况存在不对称、谐波等非理想工况时,常规虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制存在影响并网电能质量的并网电流不对称和谐波畸变等问题,提出利用正弦幅值积分法实时提取电网负序和谐波分量的改进VSG控制方法。基于正弦幅值积分法的电网电压前馈实现对并网谐波电流的抑制,使VSG在非理想电网电压下实现电网电压负序分量和谐波分量的完全抵消。最后,基于MATLAB仿真验证了该控制方法在不同电网工况下对电流谐波的抑制效果。     

虚拟同步发电机的电网适应性控制策略研究北大核心CSCD

文章针对实际电网工况存在不对称、谐波等非理想工况时,常规虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制存在影响并网电能质量的并网电流不对称和谐波畸变等问题,提出利用正弦幅值积分法实时提取电网负序和谐波分量的改进VSG控制方法。基于正弦幅值积分法的电网电压前馈实现对并网谐波电流的抑制,使VSG在非理想电网电压下实现电网电压负序分量和谐波分量的完全抵消。最后,基于MATLAB仿真验证了该控制方法在不同电网工况下对电流谐波的抑制效果。     

同相牵引供电系统能耗研究

随着铁路的迅猛发展,牵引供电系统向公共电网引入的电能质量问题日益突出,无功、谐波、负序所产生的能量损耗在系统总损耗的比重越来越大,日渐受到关注。本文在现有常规牵引供电系统与新型同相牵引供电系统对比分析的基础上,研究新型系统对改善系统能耗有着明显的作用。通过仿真计算,验证了新型系统方案的可行性与先进性。为电气化铁路节能设计提供了参考,同时也对牵引供电系统的优化提出了更高的要求。     

Application and control of super capacitor in high-speed railway regenerative braking energy storage

针对高速列车在制动过程中产生的再生制动能量得不到有效利用的问题,提出一种基于超级电容（supercapacitor,SC）的高速铁路再生制动能量存储方案。该方案以铁路功率调节器（railway power conditioner,RPC）作为接口电路,将储能装置与牵引供电系统连接在一起,采用超级电容作为储能介质,通过双向DC/DC变流器与铁路功率调节器直流侧相连,从而实现能量存储与补偿负序电流的功能。在研究储能方案拓扑结构的基础上,分析了负序电流的补偿原理,并根据补偿原理研究了储能方案的控制策略,对RPC两变流器采用滞环控制的方法,对储能装置中的双向DC/DC变流器采用电流闭环的控制方法。仿真结果表明,所提出的存储方案能够有效回收利用高速列车产生的再生制动能,并对负序电流进行补偿,改善电网侧电能质量。     

三相不平衡负载下静止同步补偿器控制策略研究

低压配电网中不平衡负载会导致设备不正常运行、降低电能质量。对此,提出了一种新型控制策略,该策略通过瞬时对称分量法和信号延迟对消法(DSC)计算出负载电流、配电静止同步补偿器(DSTATCOM)输出电流的正序、负序分量,然后分别在正、负序同步旋转坐标控制正、负序分量,对正序分量的控制使DSTATCOM补偿负载无功电流,对负序分量的控制使DSTATCOM补偿不平衡负载导致的负序电流。搭建了DSTATCOM试验平台,试验结果表明,该策略在不平衡负载下,使得DSTATCOM能有效补偿负载无功电流和负序电流,实现了电网单位功率因数,电网电流平衡度达到了国标要求,总谐波失真(THD)小于5%。研究成果可为不平衡负载情况下的DSTATCOM控制提供参考。     

Hybrid compensation method for traction power quality compensators in electrified railway power supply system

In order to improve the Power Quality (PQ) of traction power supply system and reduce the power rating and operation cost of compensator, a Static VAR Compensator (SVC) integrated Railway Power Conditioner (RPC) is presented in this paper. RPC is a widely used device in the AC electrified railway systems to enhance the PQ indices of the main network. The next generation of this equipment is Active Power Quality Compensator (APQC). The major concern of these compensators is their high kVA rating. In this paper, a hybrid technique is proposed to solve aforementioned problems. A combination of SVC as an auxiliary device is employed together with the main compensators, i.e., RPC and APQC that leads on to the reduction of power rating of the main compensators. The use of proposed scheme will cause to reduce significantly the initial investment cost of compensation system. The main compensators are only utilized to balance active powers of two adjacent feeder sections and suppress harmonic currents. The SVCs are used to compensate reactive power and suppress the third and fifth harmonic currents. In this paper firstly, the PQ compensation procedure in AC electrified railway is analyzed step by step. Then, the control strategies for SVC and the main compensators are presented. Finally, a simulation is fulfilled using Matlab/Simulink software to verify the effectiveness and validity of the proposed scheme and compensation strategy and also demonstrate that this technique could compensate all PQ problems.     

基于RTDS的电铁录波回放实现

利用某重载铁路牵引变电站的录波数据,进行了电力系统暂态数据交换共用格式转换,实现了基于RTDS的录波数据回放．在指出在线数据处理缺陷的同时,提出了采用RTDS录波回放的方式进行电能质量监测的方法。     

高空风资源评价方法的研究

高空风能资源评估的关键问题之一是研究风能随高度的变化规律。根据江苏省两个100 m观测塔5层风速实测资料,分别利用指数律、对数律和最小二乘法研究了风能随高度的变化规律,并对3种方法的评估精度进行了比较。结果表明,3种方法均可以较好地推算出不同高度的平均风速和风能的平均功率,其中最小二乘法稍优于指数律,指数律明显优于对数率。     

铁路牵引站并网协调技术研究

近年来,我国电气化铁路快速发展,铁路牵引站数量不断增加。为了加强铁路牵引站的供电可靠性,减少牵引站接入对电力系统产生的不良影响,文章结合电气化铁路的负荷特性,分析其影响及解决措施。同时,梳理目前铁路牵引站存在的隐患及原因,研究电气化铁路供电的安全性和稳定性,最后针对牵引站的并网协调运行,对一、二次设备提出优化的建议,可为牵引站的接入和配置提供规划指导。     

Compensation of network voltage unbalance using doubly fed induction generator-based wind farms

A control strategy for compensating AC network voltage unbalance using doubly fed induction generator (DFIG)-based wind farms is presented. A complete DFIG dynamic model containing both the rotor and grid side converters is used to accurately describe the average and ripple components of active/reactive power, electromagnetic torque and DC bus voltage, under unbalanced conditions. The principle of using DFIG systems to compensate grid voltage unbalance by injecting negative sequence current into the AC system is described. The injected negative sequence current can be provided by either the grid side or the rotor side converters. Various methods for coordinating these two converters are discussed and their respective impacts on power and torque oscillations are described. The validity of the proposed control strategy is demonstrated by simulations on a 30 MW DFIG-based wind farm using Matlab/Simulink during 2 and 4% voltage unbalances. The proposed compensation strategy can not only ensure reliable operation of the wind generators by restricting torque, DC link voltage and power oscillations, but also enable DFIG-based wind farms to contribute to rebalancing the connected network.     

Buck型动态电容器无功和负序电流的综合补偿

不平衡感性负载产生的无功和负序电流不仅会增加线路损耗,而且会引起电网中以负序分量启动的继电保护装置误动作,进而威胁电力系统的安全运行,因此补偿无功和负序电流尤为重要。针对三相三线负载不平衡系统,首先研究了Buck型动态电容器(D-CAP)进行功率因数校正和不平衡抑制之间的关系。然后分析了D-CAP补偿无功和负序电流的原理并确定了其补偿负序电流的能力。最后针对D-CAP提出了补偿无功和负序电流的优化方法和控制策略,在负载负序电流超过其补偿范围时,该优化方法和控制策略可以实现负序电流的最优补偿。仿真结果验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

Application and research of flywheel energy storage system in electrified railway

本文提出了通过飞轮储能系统在线路负荷较重时对电网释能来降低变压器的出力,从而降低最大需量值或变压器容量;因为铁路负序最严重的时候为变压器处于峰值功率时,所以还可有效降低负序电流。由于飞轮储能装置是个储能体,同时具备储能和释能的双重功能,所以此系统还可吸收再利用机车制动时产生的制动电能,有效降低电度电费成本。本文先后介绍了系统整体结构、变流器系统、飞轮储能装置、测控单元,然后根据实际变电站参数和实测牵引负荷数据建立了该系统的仿真模型进行仿真,表明了所提出的飞轮储能系统应用于电气化铁路进行削峰填谷的正确性。     

Autotransformer fed traction power supply system: analysis,modeling and simulation

For many decades, Ethiopia had been using a meter gauge railway from Addis Ababa to the red sea port of Djibouti. Currently, the century old railway is completely replaced by a brand new standard gauge electrified railway line aiming to connect the country to the global market by guaranteeing a unified access to different regions of the country. In order to meet modern railway standards, a 1 × 25 kV catenary system is adopted in Ethio-Djibouti railway line corridor. In this paper, an alternative and a more superior 2 × 25 kV traction power supply system is presented. The modeling and analysis of the 2 × 25 kV traction supply system including the traction load, the substation power transformer, the autotransformer (AT), the catenary line impedance, etc., are performed. In addition, in order to validate the benefits of the proposed system, a comparative analysis of the two types of traction power supply arrangement has been conducted using MATLAB simulation. The analysis focuses on evaluating the voltage profiles of both power supply configurations on the basis of BS EN 50163:2004 international standard.