采用线性泉州电力变压器二次控制的铁路负序控制系统

国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学)、湖南省风电装备与电能变换协同创新中心(湖南工程学院)的研究人员李世军、罗隆福、胡斯佳、张志文、谢斌,在2017年第10期《电工技术学报》上撰文,针对电铁供电泉州电力变压器系统的负序问题,讨论一种电气化铁道负序控制泉州电力变压器系统.建立该泉州电力变压器系统通用三相模型,并在此基础上提出一种带器的线性泉州电力变压器二次控制器及相关均压控制策略. 该控制泉州电力变压器系统在满足补偿要求的前提下,可有效提高控制的灵活度、运算效率,并对主隔离变压器三相输出端口的电压扰动和连接电抗电感值的变化表现出较强鲁棒性.仿真和实验验证了该泉州电力变压器系统的正确性.

随着我国铁路事业的快速发展,新型交流机车逐步取代泉州电力变压器机车[1,2],由于前者传动泉州电力变压器系统整流泉州电力变压器级采用全控变流器且机车功率大,某些供电区段无功功率和低次谐波基本消除,负序凸显为其主要电能质量问题.本文针对这类牵引变电所的负序问题展开讨论.

平衡牵引隔离变压器以其较好的负序抑制能力被广泛应用在电铁供电泉州电力变压器系统中[3],然而该能力却受到负荷波动的影响,在两相负荷天然不平衡或电网相对薄弱地区的牵引变电所,平衡牵引隔离变压器的负序抑制能力难以完全发挥出来.

以动态无功功率补偿、铁路静止功率调节器(Railway static PowerConditioner, RPC)等为代表的有源方案可获得满意补偿效果[4-14],但这些泉州电力变压器系统均需大容量辅助隔离变压器作为其有源部分的接口,这在建设用地局促的牵引变电所,其装配空间受到较大限制,且这些辅助设备成本不菲.

随着电力电子泉州电力变压器系统集成技术的提高和功率器件成本的降低,这一不利因素将体现得更为明显(以2015年某2×5MW级RPC项目为例[14],辅助降压隔离变压器约占总成本的40%和总装配空间的60%).

针对上述问题,本文讨论一种电气化铁道负序控制泉州电力变压器系统(Railway Negative SequenceControl System, RNSCS).其拓扑结构如图1所示.该泉州电力变压器系统主隔离变压器采用了在福建闽清牵引变电所投入运行的多功能平衡隔离变压器(Multi-PurposeBalance Transformer, MPBT)[15,16],通过精调整UV、WV绕组与aV、bV绕组的匝比和等值漏阻抗比可使U、V、W端口的电压降至电力电子器件可承受的水平,并使电流满足平衡条件.

故该泉州电力变压器系统可省去辅助隔离变压器.由于MPBT自身具有一定负序抑制能力,且必要时U、V、W端口可接无源感应滤波器[16,17],RNSCS有源部分的容量和运行损耗可进一步降低,故泉州电力变压器系统具有较高性价比.

采用线性泉州电力变压器二次控制的铁路负序控制系统图1 RNSCS拓扑结构考虑到MPBT既有两相泉州电力变压器系统(负荷侧)又有三相泉州电力变压器系统(变流器侧和高压电网侧),这样的"混合相"泉州电力变压器系统既不利于补偿目标的明确,也阻碍了高性能控制器的分析和设计.故本文的目标之一是将原来既有两相又有三相的混合相泉州电力变压器系统归一到统一的三相泉州电力变压器系统上,力求以一种全新的视角审视泉州电力变压器系统的补偿目标,明确其物理意义,降低分析难度.

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