电气化铁路电能质量及其综合控制技术.pptx

电气化铁路电能质量电气化铁路电能质量及其综合控制技术及其综合控制技术西南交通大学 电气工程学院7.1 电气化铁道电能质量问题电气化铁道电能质量问题v交直型电力机车交直型电力机车谐波电流大：由相控方式决定；谐波为奇次谐谐波电流大：由相控方式决定；谐波为奇次谐波，主要为波，主要为3、5、7次次功率因数低功率因数低产生负序电流产生负序电流v交直交型电力机车交直交型电力机车功率因数接近功率因数接近1谐波含量低谐波含量低牵引功率大，负序问题突出牵引功率大，负序问题突出 解决思路解决思路谐波的抑制措施谐波的抑制措施v为减少谐波及其危害，可采取的抑制方法有：为减少谐波及其危害，可采取的抑制方法有：改进换流装置改进换流装置设置滤波装置设置滤波装置v此处重点介绍滤波器的原理。此处重点介绍滤波器的原理。 v一、交流滤波器的用途一、交流滤波器的用途降低电网的谐波电压或降低电网的谐波电压或减少进入系统的谐波电流减少进入系统的谐波电流。与与并联补偿装置并联补偿装置配合使用，实现无功功率的补偿。配合使用，实现无功功率的补偿。v交流滤波器的安装位置交流滤波器的安装位置电力机车上电力机车上 牵引变电所中（牵引侧牵引变电所中（牵引侧 ） 滤波原理滤波原理v非线性负荷一般可视为谐波电流源非线性负荷一般可视为谐波电流源。vh次谐波下，系统、滤波器及非线性负荷的模型如下图。次谐波下，系统、滤波器及非线性负荷的模型如下图。v系统谐波电流和谐波电压分别为系统谐波电流和谐波电压分别为 v理想滤波器时，理想滤波器时， v实际滤波效果取决于滤波器阻抗及系统阻抗的关系实际滤波效果取决于滤波器阻抗及系统阻抗的关系。 FhShhShFhZiiZZShFhShnShFhZ ZUiZZ0FhZv二、交流滤波器的分类二、交流滤波器的分类 v1 按接入系统的方式，可分为串联和并联两种类型。按接入系统的方式，可分为串联和并联两种类型。 串联滤波器串联滤波器串入系统串入系统调谐滤波器，利用调谐滤波器，利用LC并联谐振并联谐振来阻碍谐波进入系统来阻碍谐波进入系统 基波下呈感性基波下呈感性经受全部电流，绝缘水平要求高经受全部电流，绝缘水平要求高并联滤波器并联滤波器并入系统并入系统调谐滤波器，利用调谐滤波器，利用LC串联谐振串联谐振构成谐波通路构成谐波通路 基波下呈容性基波下呈容性 承受调谐的谐波电流和部分无功电流承受调谐的谐波电流和部分无功电流 v一般，一般，并联滤波器性价比要好于串联滤波器并联滤波器性价比要好于串联滤波器。v有时两者可混合使用。有时两者可混合使用。 v2 按调谐锐度，可把并联滤波器分为调谐滤波器和阻尼滤按调谐锐度，可把并联滤波器分为调谐滤波器和阻尼滤波器两种波器两种 调谐滤波器调谐滤波器调谐在某一、二次较低次谐波上调谐在某一、二次较低次谐波上 ，其中串联（等效），其中串联（等效）电阻很小，也称高电阻很小，也称高Q（品质因数）滤波器（品质因数）滤波器 。阻尼滤波器阻尼滤波器 在某一宽频带上呈现低阻抗在某一宽频带上呈现低阻抗（如高通阻尼滤波器），（如高通阻尼滤波器），其（等效）电阻较大，也称低其（等效）电阻较大，也称低Q滤波器滤波器 。v3 按阶数可把并联滤波器中的阻尼滤波器分为一阶、二阶按阶数可把并联滤波器中的阻尼滤波器分为一阶、二阶和三阶等阻尼滤波器。和三阶等阻尼滤波器。 v重点讨论并联滤波器重点讨论并联滤波器 。v三、常用滤波器及其特性三、常用滤波器及其特性 v1 调谐滤波器调谐滤波器v单调谐滤波器单调谐滤波器 v忽略电阻，相对阻频特性为忽略电阻，相对阻频特性为v v其中其中 为单调谐支路的固有频率为单调谐支路的固有频率RLC( )rrZ fffffLC12rfLCrfv双调谐滤波器双调谐滤波器 v 1R1L1C2R2L3R2Cv2 阻尼滤波器阻尼滤波器v常见的有一阶阻尼和二阶阻尼型两种常见的有一阶阻尼和二阶阻尼型两种. v一阶阻尼滤波器一阶阻尼滤波器 v二阶阻尼滤波器二阶阻尼滤波器 RCCLRv三阶阻尼滤波器三阶阻尼滤波器 v 三阶阻尼滤波器三阶阻尼滤波器 C型滤波器型滤波器 调谐滤波器比阻尼滤波器对元件参数精度要求高调谐滤波器比阻尼滤波器对元件参数精度要求高。元件参数变化及电网频率偏移都会使调谐滤波器失谐元件参数变化及电网频率偏移都会使调谐滤波器失谐。设计时，需要在谐振点上向感性区做适当偏移。设计时，需要在谐振点上向感性区做适当偏移。1CLR2C1CLR2Cv为加强滤波效果，最经济有效的方法是对电气化为加强滤波效果，最经济有效的方法是对电气化铁道，采用铁道，采用3次、次、5次和次和7次单调谐滤波装置次单调谐滤波装置 。v负序在电力系统中所造成的负序在电力系统中所造成的不良影响不良影响，如，如额外额外占用系统及设备容量，造成附加网损，引起系占用系统及设备容量，造成附加网损，引起系统电压不对称，降低发电机和电动机出力统电压不对称，降低发电机和电动机出力等。等。v为使电力系统经济运行和提高电能质量，为使电力系统经济运行和提高电能质量，尽可尽可能降低负序能降低负序是十分必要的。是十分必要的。 降低负序影响的措施降低负序影响的措施理论依据理论依据 由负序电流的一般表达式来观察负序的合由负序电流的一般表达式来观察负序的合成特性：成特性：(2)113ppnjp ppiK i e 可见，在可见，在各种负荷条件不变的情况下各种负荷条件不变的情况下，只，只要要合理安排负荷所在的端口合理安排负荷所在的端口，就能最大程度的，就能最大程度的使构成负序电流的各分量互相抵消，从而减少使构成负序电流的各分量互相抵消，从而减少总的负序电流。总的负序电流。v抑制负序主要措施抑制负序主要措施平衡接线变压器平衡接线变压器换相连接换相连接并联补偿并联补偿同相供电同相供电 1 平衡接线牵引变压器平衡接线牵引变压器 比较常用的是比较常用的是Scott接线牵引变压器接线牵引变压器。其他。其他三相两相平衡接线牵引变压器，如三相两相平衡接线牵引变压器，如 接接线、线、Le Blanc接线、接线、Wood-Bridge接线等很少接线等很少用到。用到。KublerI I U U BI AI CI 1 1 2 2 DABC Scott接线变压器接线变压器底（底（M）座）座绕组原边接入电力系统绕组原边接入电力系统AB相（线电压），相（线电压），高（高（T）座）座绕组原边一端接底绕组的中绕组原边一端接底绕组的中点点D，另一端接入，另一端接入C相。相。 113113320ABCIIIKII I I U U BI AI CI 1 1 2 2 DABC 牵引变电所换相联接牵引变电所换相联接 为整体减轻进入电力系统的负序分量，电气化为整体减轻进入电力系统的负序分量，电气化区段的各种接线的牵引变电所几乎区段的各种接线的牵引变电所几乎无一例外地实行无一例外地实行换相联接换相联接，即轮换接入电力系统的不同相。，即轮换接入电力系统的不同相。 大量实践证明，大量实践证明，牵引变电所换相联接对减少电牵引变电所换相联接对减少电气化铁道对电力系统的负序影响是十分有效的气化铁道对电力系统的负序影响是十分有效的。牵引变电所换相连接的基本要求牵引变电所换相连接的基本要求n各变电所单相各变电所单相牵引负荷轮换接入电力系统牵引负荷轮换接入电力系统不同相，使电力不同相，使电力系统三相负载对称。系统三相负载对称。n两个相邻牵引变电所的两个相邻牵引变电所的相邻供电分区同相相邻供电分区同相，便于越区供电，便于越区供电（纯单相变电所除外）。（纯单相变电所除外）。n接触网分相绝缘器承受电压不超过网压接触网分相绝缘器承受电压不超过网压。（三相牵引变电所换相时要考虑重臂负荷安排在超前相）（三相牵引变电所换相时要考虑重臂负荷安排在超前相）1 单相牵引变电所换相连接单相牵引变电所换相连接方案方案1：由：由3台单相变构成相别循环台单相变构成相别循环电分相上承受电压为电分相上承受电压为327.5kV方案方案2：由：由6台单相变构成相别循环台单相变构成相别循环电分相上承受电压为电分相上承受电压为27.5kV2 Vv接线变压器换相连接接线变压器换相连接（1）单相）单相Vv相别循环相别循环3 三相三相YNd11牵引变电所换相连接牵引变电所换相连接(C)(A)(B)(c)(b)(a)YNd11牵引变压器展牵引变压器展开图如下开图如下接线规则：接线规则：按照给定供电臂相序按照给定供电臂相序次边：次边：(c)端子接轨地；端子接轨地； (a)端端子接子接“+”电压供电臂；电压供电臂； (b)端端子接子接“-”电压供电臂。电压供电臂。原边：原边：按按YNd11牵引变压器接牵引变压器接线展开图完成原边接线线展开图完成原边接线方法：先画出展开图，绕组定向，电压均为网方法：先画出展开图，绕组定向，电压均为网地，相别正地，相别正负分别对应，可确定绕组上电压相别，再根据原次边绕组对负分别对应，可确定绕组上电压相别，再根据原次边绕组对应画出原边接线图。应画出原边接线图。牵引变电所的并联补偿牵引变电所的并联补偿v1 1 臂负荷（变电所）功率因数的提高臂负荷（变电所）功率因数的提高v下面以臂负荷功率因数的提高为例说明并联电容补下面以臂负荷功率因数的提高为例说明并联电容补偿的相关计算。偿的相关计算。U CI cos cosC aE SZcE SZbE SZ 考虑如图所示变考虑如图所示变电所的一个供电臂，电所的一个供电臂，电压、负荷电流和功电压、负荷电流和功率因数分别为率因数分别为 、 和和 。U I cos I v 若将供电臂功率因数提高到若将供电臂功率因数提高到 ，计算所需投，计算所需投放分补偿容量放分补偿容量 。以。以 为参考相量做相量图和功率图为参考相量做相量图和功率图。cosC U CQI U CI cos cosC I U I CI I CI C PSU I CQC SU I 求得需补偿的容量求得需补偿的容量 为为CQ22(tantan)11cos (11)coscosCCCQPUI 2 2 功率损失的减少功率损失的减少v 供电系统在牵引端口的三角接等效电路如供电系统在牵引端口的三角接等效电路如图中方框内的部分所示，其中图中方框内的部分所示，其中 为归算到牵引为归算到牵引端口的三相系统短路阻抗与牵引变压器等值阻抗端口的三相系统短路阻抗与牵引变压器等值阻抗之和，且之和，且 。I U aE SZcE SZbE SZCI cos cosC SZSSSZRjX v则当则当三相负荷对称三相负荷对称时，由于负荷电流引起的三相时，由于负荷电流引起的三相功率损失为功率损失为v 式中，式中， 供电系统相阻抗的电阻部分；供电系统相阻抗的电阻部分；v 变压器次边绕组电流；变压器次边绕组电流；v 绕组电流的有功分量；绕组电流的有功分量；v 绕组电流的无功分量。绕组电流的无功分量。v 当采用并联电容补偿时，系统电流的当采用并联电容补偿时，系统电流的有功分量有功分量大小不变，而无功分量减小大小不变，而无功分量减小，从而使功率损失相，从而使功率损失相应减小。应减小。22233()SSSarPR IRII SRSIaIrIv则当则当三相负荷电流不对称三相负荷电流不对称时，由于负荷电流引起的时，由于负荷电流引起的三相功率损失为三相功率损失为v 式中，式中， 、 、 系统三相电流有效值；系统三相电流有效值；v 、 、 系统的正、负、零序电流；系统的正、负、零序电流；v 、 正序电流的有功、无功分量正序电流的有功、无功分量。v设置适当的并联电容补偿可设置适当的并联电容补偿可减小正序电流的无功分减小正序电流的无功分量量，从而减小总的功率损失。，从而减小总的功率损失。2222220()3()SABCSPRIIIRIII AII BICII 0I222203()SarRIIII aI rI 3 3 变电所母线电压的提高变电所母线电压的提高 以以YNd11YNd11牵引变电所为例，考虑三个端口都有并联电容的牵引变电所为例，考虑三个端口都有并联电容的情形。假设牵引端口无负荷，臂电流为情形。假设牵引端口无负荷，臂电流为 、 和和 ，即补偿，即补偿电容电流；对应的绕组电流为电容电流；对应的绕组电流为 、 和和 。1U aE cE SZbE SZ1CI SSSZRjX 1I 2CI 2U 3CI 3U 3I 2I 1CI 2CI 3CI 1I 2I 3I v 设设 引前引前 ，可，可画如右所示的端口电画如右所示的端口电气相量图。下面主要气相量图。下面主要关注绕组电流及其在关注绕组电流及其在 引起的压降和压损。引起的压降和压损。1U aE cE SZbE SZ1CI SSSZRjX 1I 2CI 2U 3CI 3U 3I 2I 1U 2U 3U 1CI 2CI 3CI 1U 2U SZv 以端口以端口1为例，绕组电流为例，绕组电流 所产生的牵引母所产生的牵引母线的电压降为线的电压降为v 则电压损失为则电压损失为v 化简后得化简后得v 由于上式中由于上式中第一项接近于零第一项接近于零，所以端口，所以端口1的母线的母线电压约提高了电压约提高了 。1I 12311211()()333CCCSSSUZ IRjXIII 123211()(/90/30/210 )333CCCSSRjXIII 1231(2sin90sin30sin210 )3CCCSXIII123111Re(2cos90cos30cos210 )3CCCSUURIII 23123131()(4)66CCCCCSSURIIXIII 1231(4)6CCCSXIII 4 4 并联电容补偿对负序电流的抑制并联电容补偿对负序电流的抑制v基本方法：基本方法：v计算变电所合成牵引负序电流计算变电所合成牵引负序电流 。v设置并补容量，设法使补偿装置的合成负序电流设置并补容量，设法使补偿装置的合成负序电流 与与 反向。反向。v已知：以原边已知：以原边A相电压为基准所画的负序相量图中，相电压为基准所画的负序相量图中，各相负荷电流和并联电容的负序电流分量的相位关系各相负荷电流和并联电容的负序电流分量的相位关系如表所示：如表所示：( )( )iiII ( )( )()()Ci CiII ( )I 相别相别abc机车电流机车电流电容器电容器a 120b 240c 90 210 30 以以YNd11变压器为例：变压器为例：v取负荷电流取负荷电流 、 产生的负序分量为产生的负序分量为 、 ，则牵引电流的合成负序电流为，则牵引电流的合成负序电流为 ，三相并联电容补偿电流产生的负序分量分别，三相并联电容补偿电流产生的负序分量分别为为 、 、 。v分三种情况讨论。分三种情况讨论。aU bE aE SZcE SZaI SSSZRjX aI bI bU cI bI aI bI ( )aI ( )bI ( )( )a CI ( )( )b CI ( )( )c CI ( )( )( )abIII 此时，此时， ，即牵引电流在系统侧的负序，即牵引电流在系统侧的负序分量基本为分量基本为 ，以原边相电压为基准可画出负，以原边相电压为基准可画出负序相量图如下：序相量图如下： v v为了抵消总的注入系统的负序电流，由相量图知为了抵消总的注入系统的负序电流，由相量图知，应在，应在a、b两相设置并补。两相设置并补。 ( )( )aII ( )aI AU BU CU a ()( )c CI ()( )a CI ()( )b CI ( )( )aII ()( )CI baII （1）v 此时，此时， ，即牵引电流在系统侧的负序分，即牵引电流在系统侧的负序分量基本为量基本为 ，以原边相电压为基准可画出负序相量图如，以原边相电压为基准可画出负序相量图如下：下： v v为了抵消总的注入系统的负序电流，由相量图知，为了抵消总的注入系统的负序电流，由相量图知，应在应在b、c两相设置并补。两相设置并补。 ( )( )bII ( )bI AU BU CU ()( )c CI b ()( )a CI ()( )b CI ( )( )bII ()( )CI baII （2）v（3）v 此时此时 ，以原边相电压为基准，以原边相电压为基准可画出负序相量图如下：可画出负序相量图如下： v 由相量图知，在由相量图知，在b相设置并补即可。相设置并补即可。 abII ( )( )( )abIII AU BU CU ()( )c CI b ()( )a CI ()()( )( )Cb CII ( )bI a ( )aI ( )I 7.2 新型牵引供电系统新型牵引供电系统7.2.1牵引供电系统的负序、电分相与同相供电的概念牵引供电系统的负序、电分相与同相供电的概念 2.1.12.1.1当前限制不平衡程度几种措施当前限制不平衡程度几种措施 2.1.22.1.2电分相对电力机车安全平稳通过的隐患电分相对电力机车安全平稳通过的隐患 2.1.32.1.3同相供电的概念同相供电的概念7.2.2同相供电的实现同相供电的实现 2.2.12.2.1采用无源对称补偿技术实现采用无源对称补偿技术实现 2.2.22.2.2基于有源补偿技术实现基于有源补偿技术实现7.2.3独立供电系统独立供电系统 2.3.12.3.1基本考虑与概念基本考虑与概念 2.3.22.3.2独立供电系统的构成独立供电系统的构成 2.3.32.3.3可靠性、可维修性与经济性可靠性、可维修性与经济性既有牵引供电系统既有牵引供电系统2.1.1当前限制不平衡程度几种措施当前限制不平衡程度几种措施采用三相一两相平衡牵引变压器采用三相一两相平衡牵引变压器 两个端口负荷完全相同时，变压器原边三相电流两个端口负荷完全相同时，变压器原边三相电流对称对称 日本广泛采用日本广泛采用ScottScott变压器和变形变压器和变形Wood-bridgeWood-bridge变压器。我国主要采用了阻抗匹配平衡变压器和变压器。我国主要采用了阻抗匹配平衡变压器和ScottScott变压器。变压器。 采用高电压、大容量电源供电采用高电压、大容量电源供电 日本采用日本采用154kV154kV， 220kV220kV和和275kV275kV三种电压等级，三种电压等级，法国采用法国采用235kV235kV电压等级，意大利采用电压等级，意大利采用130kV130kV等级，等级，西班牙采用西班牙采用132kV132kV， 220kV220kV两种电压等级两种电压等级 2.1.1当前限制不平衡程度几种措施当前限制不平衡程度几种措施采用不平衡补偿装置采用不平衡补偿装置如日本采用单相负荷补偿装置（如日本采用单相负荷补偿装置（SFCSFC）采用换相联接采用换相联接 2.1.1当前限制不平衡程度几种措施当前限制不平衡程度几种措施 3ABBCABBCBUUUUUUU ABACABACCBUUUUUUU 相邻两供电臂电压相角相差相邻两供电臂电压相角相差120时，电分相上承受的电时，电分相上承受的电压为供电臂电压的压为供电臂电压的 倍。倍。3 相邻两供电臂电压相角相相邻两供电臂电压相角相差差60时，电分相上承受时，电分相上承受的电压等于供电臂电压。的电压等于供电臂电压。YNd11接线接线 2.1.1当前限制不平衡程度几种措施当前限制不平衡程度几种措施2.1.2 电分相对电力机车安全平稳通过的隐患电分相对电力机车安全平稳通过的隐患 电分相不论在电气上还是在机械上都是薄弱环节，电分相不论在电气上还是在机械上都是薄弱环节，当重载、高速列车通过时，由于当重载、高速列车通过时，由于绝缘器形成的硬绝缘器形成的硬点对受电弓构成严重威胁点对受电弓构成严重威胁，同时，同时绝缘器也常因拉绝缘器也常因拉弧而烧损弧而烧损； 一般沿电气化铁路每一般沿电气化铁路每50km50km设一牵引变电所，若设一牵引变电所，若列车以列车以300km/h300km/h行驶，则每行驶，则每5 5分钟就要过一次分钟就要过一次“电电分相分相”。每当过。每当过“电分相电分相”时，机车都要需要提时，机车都要需要提前退级、断电，并依靠惯性滑过前退级、断电，并依靠惯性滑过“电分相电分相”。待。待过去之后再重新给电、进级行驶。这给过去之后再重新给电、进级行驶。这给列车司机列车司机的操作的操作带来了很大困难，对于高速行驶列车，人带来了很大困难，对于高速行驶列车，人工操作几乎不可能；工操作几乎不可能；2.1.2 电分相对电力机车安全平稳通过的隐患电分相对电力机车安全平稳通过的隐患 接触网接触网“电分相电分相”处一般有处一般有100m100m左右的无电区，左右的无电区，有的甚至达到有的甚至达到300m300m，在无电区，电力机车只能靠，在无电区，电力机车只能靠惯性通过。惯性通过。当当“电分相电分相”处于上坡的长大坡道线处于上坡的长大坡道线路时，机车牵引满载的列车通过路时，机车牵引满载的列车通过“电分相电分相”就十就十分困难分困难。 目前解决该问题的一般方法是在目前解决该问题的一般方法是在“电分相电分相”处装处装设设自动过分相装置自动过分相装置，但装置复杂，且因电压高、，但装置复杂，且因电压高、转换动作频繁，使其准确性和可靠度在应用中受转换动作频繁，使其准确性和可靠度在应用中受到严峻挑战，至今在使用中的技术缺陷依然存在。到严峻挑战，至今在使用中的技术缺陷依然存在。2.1.3同相供电的概念同相供电的概念 解决上述问题的理想办法是采用新型的解决上述问题的理想办法是采用新型的同相供电同相供电系统系统，即全线用同一相位的单相供电，更理想的，即全线用同一相位的单相供电，更理想的是在同一线路或局界内贯通，则能最大限度地避是在同一线路或局界内贯通，则能最大限度地避免电分相，从而有利于重载和高速牵引。免电分相，从而有利于重载和高速牵引。 2.1.3同相供电的概念同相供电的概念 同相供电系统的优点：同相供电系统的优点： 各变电所结构和接线完全相同，各变电所结构和接线完全相同，一次系统不存在一次系统不存在换相联接换相联接，牵引侧各供电臂电压相同，从而可取，牵引侧各供电臂电压相同，从而可取消分相绝缘器，消分相绝缘器，省去自动过分相装置省去自动过分相装置，避免了列，避免了列车断电过分相问题，实现了同相供电，车断电过分相问题，实现了同相供电，消除了高消除了高速列车过电分相所存在的安全隐患速列车过电分相所存在的安全隐患，适宜高速铁，适宜高速铁路运行路运行; ;同时由于各变电所结构和接线完全相同，同时由于各变电所结构和接线完全相同，便于运行维护。便于运行维护。由于对称补偿装置作用，可以由于对称补偿装置作用，可以完全消除系统不平完全消除系统不平衡，滤除谐波并补偿无功衡，滤除谐波并补偿无功。使变化剧烈、含有大。使变化剧烈、含有大量谐波、低功率因数的不对称单相牵引负荷，量谐波、低功率因数的不对称单相牵引负荷，对对电力系统而言仅相当于一个纯阻性的三相对称负电力系统而言仅相当于一个纯阻性的三相对称负荷荷。2.1.3同相供电的概念同相供电的概念 同相供电系统的优点：同相供电系统的优点： 可以最大限度地可以最大限度地提高变压器容量的利用率提高变压器容量的利用率，常规，常规的供电系统除单相变压器外，无论是的供电系统除单相变压器外，无论是YNdllYNdll接变压接变压器，还是平衡变压器（包括器，还是平衡变压器（包括ScottScott变压器、阻抗匹变压器、阻抗匹配平衡变压器、三相变四相变压器等）在实际中配平衡变压器、三相变四相变压器等）在实际中其容量都不能得到充分利用。以其容量都不能得到充分利用。以YN dllYN dll接变压器接变压器为例，容量利用率只能达到为例，容量利用率只能达到76%76%。但基于。但基于YNd11YNd11接接变压器实现的同相牵引供电系统，变压器容量的变压器实现的同相牵引供电系统，变压器容量的利用率可达利用率可达100%100%。供电的灵活性和可靠性提高供电的灵活性和可靠性提高，可根据要求断开或，可根据要求断开或闭合分段断路器，实现单边或多边或贯通式供电，闭合分段断路器，实现单边或多边或贯通式供电，使牵引网电压损失和功率损失降低。使牵引网电压损失和功率损失降低。2.2 同相供电的实现同相供电的实现采用采用无源对称补偿技术无源对称补偿技术实现实现基于基于有源补偿技术有源补偿技术实现实现2.2.1采用对称补偿技术构成的同相供电系统采用对称补偿技术构成的同相供电系统 同相供电使用的对称补偿同相供电使用的对称补偿就是三相就是三相单相系统中无单相系统中无功与负序的综合补偿。功与负序的综合补偿。 经各种接线变压器和对称补偿来构成的单相供电系经各种接线变压器和对称补偿来构成的单相供电系统可统称为统可统称为三相三相单相对称补偿系统单相对称补偿系统 。同相供电系统中的变电所分为三种：同相供电系统中的变电所分为三种： (1) (1) 全补偿全补偿，它要求实现对称补偿，特别对负序，它要求实现对称补偿，特别对负序有极好的抑制能力有极好的抑制能力 (2) (2) 半补偿半补偿，对补偿负序有适度要求；，对补偿负序有适度要求； (3) (3) 不补偿不补偿，只用牵引变压器。，只用牵引变压器。 2.2.1采用对称补偿技术构成的同相供电系统采用对称补偿技术构成的同相供电系统同相供电系统的牵引变电所的接线方式同相供电系统的牵引变电所的接线方式： 线电压型线电压型-能与单相牵引变压器构成同相供电能与单相牵引变压器构成同相供电 相电压型相电压型-其他形式，其他形式， 主要代表是主要代表是YNd11接线接线 线电压型的同相供电：线电压型的同相供电： 一是既有或相似接线，主要是三相一是既有或相似接线，主要是三相两相平衡接线两相平衡接线，其中，其中多数接线具有两重性，即能实现线电压型，也能完成相电多数接线具有两重性，即能实现线电压型，也能完成相电压型的同相供电，如压型的同相供电，如ScottScott，LeblancLeblanc，（变型），（变型）Wood-Wood-bridgebridge及及YN3d-1YN3d-1和和YNYN等。因为，从等效观点看，其牵引等。因为，从等效观点看，其牵引端口要么取之于三相系统的某一相电压，要么取之于线电端口要么取之于三相系统的某一相电压，要么取之于线电压。压。 二是特殊接线二是特殊接线，不论是全补偿，还是半补偿，它往往追，不论是全补偿，还是半补偿，它往往追求对称补偿装置的容量为最小或尽可能小。求对称补偿装置的容量为最小或尽可能小。2.2.1采用对称补偿技术构成的同相供电系统采用对称补偿技术构成的同相供电系统（1） YNd11接线三相接线三相单相系统的对称补偿单相系统的对称补偿 iiKKiiKKiiKKATNCTBTNTCTCTNTCT()()()()sincos()sincos()sin32323032150综合补偿所要求的次边3个端口的容性电流为： NK0,1NK 为负序补偿度为负序补偿度 CK0,1CK 为为无功补偿度无功补偿度且有：且有： 2.2.1采用对称补偿技术构成的同相供电系统采用对称补偿技术构成的同相供电系统模式模式 全可调补偿全可调补偿iiKKiiKKiiKKATNCTBTNTCTCTNTCT()()()()sincos()sincos()sin32323032150全可调补偿是一种最全可调补偿是一种最完善的补偿方式，当完善的补偿方式，当 ，能实现三，能实现三相相单相对称补偿，单相对称补偿，使负序恒为使负序恒为0 0，使功率，使功率因数为任意好。因数为任意好。1NK全可调补偿要求全可调补偿要求3 3个端口的并联无功个端口的并联无功补偿均可调补偿均可调。2.2.1采用对称补偿技术构成的同相供电系统采用对称补偿技术构成的同相供电系统模式模式 半可调补偿（平均牵引负荷半可调补偿（平均牵引负荷IT ）情形1 两非负荷端口设置可调补偿iIKKixIKKixIKKATNCTBTNTCTCTNTCT()()()()sincos()sincos()sin32323032150 xiITT为即时负荷倍数为即时负荷倍数 在在负荷端口设置不可负荷端口设置不可调并联电容调并联电容，其容性电，其容性电流由时平均牵引负荷流由时平均牵引负荷ITIT确定。确定。 两非负荷端口设置可两非负荷端口设置可调并联补偿调并联补偿，其电流随，其电流随牵引负荷即时值调整。牵引负荷即时值调整。2.2.1采用对称补偿技术构成的同相供电系统采用对称补偿技术构成的同相供电系统模式模式 半可调补偿（平均牵引负荷半可调补偿（平均牵引负荷IT ）情形2 单端口调节iIKKixIKKiIKKATNCTBTNTCTCTNTCT()()()()sincos()sincos()sin32323032150综合考虑调节过程中综合考虑调节过程中对无功、负序等技术对无功、负序等技术指标的影响，以指标的影响，以选择选择滞后相端口可调并联滞后相端口可调并联电容为优电容为优。xiITT为即时负荷倍数为即时负荷倍数 2.2.1采用对称补偿技术构成的同相供电系统采用对称补偿技术构成的同相供电系统模式模式 不可调补偿（平均牵引负荷不可调补偿（平均牵引负荷IT ）IIKKIIKKIIKKATNCTBTNTCTCTNTCT()()()()sincos()sincos()sin32323032150此时，此时，各端口的并各端口的并联补偿因不可调联补偿因不可调而而由时平均牵引负荷由时平均牵引负荷确定。确定。 2.2.1采用对称补偿技术构成的同相供电系统采用对称补偿技术构成的同相供电系统YNd11接线牵引变电所三种模式的比较接线牵引变电所三种模式的比较 全可调补偿全可调补偿（模式（模式）有）有最完善的技术性能最完善的技术性能，能使无功，能使无功（功率因数）、负序、母线压损等得到综合、理想的补偿。（功率因数）、负序、母线压损等得到综合、理想的补偿。 半可调补偿半可调补偿（模式（模式）中的情形）中的情形1 1除负序补偿除负序补偿效果略优效果略优于于情形情形2 2外，无功（功率因数）、母线压损等方面的技术指外，无功（功率因数）、母线压损等方面的技术指标都不及情形标都不及情形2 2，同时，情形，同时，情形2 2比情形比情形1 1简单，简单，投资也少投资也少，故是半可调补偿中的最优方式。故是半可调补偿中的最优方式。 不可调补偿不可调补偿（模式（模式）的各项动态技术指标无法与可调）的各项动态技术指标无法与可调补偿相比，但其补偿相比，但其结构最简，投资最省结构最简，投资最省。 2.2.1采用对称补偿技术构成的同相供电系统采用对称补偿技术构成的同相供电系统YNd11接线牵引变电所三种模式的选择接线牵引变电所三种模式的选择 从技术方面从技术方面讲，当牵引变电所的一次系统较弱时，往往讲，当牵引变电所的一次系统较弱时，往往负序和压损较为突出，这种各模式的选取顺序往往是模式负序和压损较为突出，这种各模式的选取顺序往往是模式、； 从经济方面讲从经济方面讲，投资和收益要权衡，投资是按模式，投资和收益要权衡，投资是按模式、依次递增的，而使牵引变压器节容、稳定或提高网依次递增的，而使牵引变压器节容、稳定或提高网压从而增加供电运输的能力也依次递增，从中再选出经济压从而增加供电运输的能力也依次递增，从中再选出经济效益最优的模式。效益最优的模式。 总的看总的看，全可调补偿（模式，全可调补偿（模式）更适用于电力系统较弱）更适用于电力系统较弱或牵引系统需要较大扩能的场合，不可调补偿（模式或牵引系统需要较大扩能的场合，不可调补偿（模式）更适用于电力系统较强或牵引系统扩能要求不高的场合，更适用于电力系统较强或牵引系统扩能要求不高的场合，半可调补偿（模式半可调补偿（模式，主要是其中情形，主要是其中情形2 2）则介于这二者）则介于这二者之间。之间。2.2.1采用对称补偿技术构成的同相供电系统采用对称补偿技术构成的同相供电系统（2）特殊接线实现三相）特殊接线实现三相单相对称补偿系统单相对称补偿系统 采用特殊接线方式完成三相采用特殊接线方式完成三相单相对称补偿，有两个目的：单相对称补偿，有两个目的： 一是寻求无功、负序完备补偿的最简方式和最小容量一是寻求无功、负序完备补偿的最简方式和最小容量 二是能与单相接线牵引变压器相配合，实现同相供电，二是能与单相接线牵引变压器相配合，实现同相供电，以期尽可能利用电力系统承受负序的能力，简化整个供电以期尽可能利用电力系统承受负序的能力，简化整个供电系统。系统。 实现三相实现三相单相对称补偿的特殊接线方式主要有单相对称补偿的特殊接线方式主要有不等边不等边Scott接线、不等边接线、不等边YNvd接线、不等边接线、不等边V/v接线和接线和YN2d接接线线等。等。2.2.1采用对称补偿技术构成的同相供电系统采用对称补偿技术构成的同相供电系统 不等边不等边Scott接线接线1111)sin(21)sin(21sKKssKKsCNLCNC21352452451111LC并联电容端口并联电容端口k k与并联电抗端口与并联电抗端口L L相互垂直，端口相互垂直，端口1 1放置放置牵引负荷。则实现三相牵引负荷。则实现三相单相对称变换的并联补偿电容单相对称变换的并联补偿电容器和并联补偿电抗器容量随牵引负荷的变化情况为：器和并联补偿电抗器容量随牵引负荷的变化情况为：2.2.1采用对称补偿技术构成的同相供电系统采用对称补偿技术构成的同相供电系统 不等边不等边YNvd接线接线1111)sin(21)sin(21sKKssKKsCNLCNC21352452451111LC用不等边用不等边YNvdYNvd接线实现三相接线实现三相单相对称变换的接线原理与单相对称变换的接线原理与端口电压关系如图。端口端口电压关系如图。端口1 1仍置牵引负荷，端口仍置牵引负荷，端口k k和端口和端口l l分别为并联电容和并联电抗。分别为并联电容和并联电抗。不等边不等边YNvdYNvd接线与不等边接线与不等边ScottScott接线的端口电压关系完全接线的端口电压关系完全一致，即补偿随牵引负荷的变化情况仍为：一致，即补偿随牵引负荷的变化情况仍为： 2.2.1采用对称补偿技术构成的同相供电系统采用对称补偿技术构成的同相供电系统 不等边不等边V/v接线接线1111)sin(21)sin(21sKKssKKsCNLCNC21352452451111LC仅当130 （滞后），即当牵引负荷功率因数 1cos0.866时， 不等边V/v接线能使无功和负序得到综合完备补偿，其他情况下，对负序的补偿是不完备的，但仍能取得较好的效果。 2.2.1采用对称补偿技术构成的同相供电系统采用对称补偿技术构成的同相供电系统 YN2d接线接线2.2.1采用对称补偿技术构成的同相供电系统采用对称补偿技术构成的同相供电系统 YN2d接线接线1111)sin(21)sin(21sKKssKKsCNLCNC21352452451111LC仅当130 （滞后），即当牵引负荷功率因数 1cos0.866时， 能使无功和负序得到综合完备补偿，其他情况下，对负序的补偿是不完备的，但仍能取得较好的效果。 2.2.1采用对称补偿技术构成的同相供电系统采用对称补偿技术构成的同相供电系统（3）不同接线形式特点比较）不同接线形式特点比较基于基于YNd11接线接线三相变压器实现的对称补偿具有如下特点：三相变压器实现的对称补偿具有如下特点： 对称补偿装置计算容量不能达到理论最小，即补偿装置容对称补偿装置计算容量不能达到理论最小，即补偿装置容量利用率较低；量利用率较低； 需要在需要在3 3个端口设置补偿装置，个端口设置补偿装置，1 1个为感性，个为感性，2 2个为容性，个为容性，稍显复杂；稍显复杂； 原边采用接，可灵活地实现中性点大电流接地；原边采用接，可灵活地实现中性点大电流接地； 不能输出与相邻的单相变压器变电所同相位的电压（因不能输出与相邻的单相变压器变电所同相位的电压（因YNd11YNd11接线为相电压，而单相接线为线电压）；接线为相电压，而单相接线为线电压）； 对称补偿后牵引变压器原、次边绕组的容量利用率均可达对称补偿后牵引变压器原、次边绕组的容量利用率均可达到到100%100%； 次边有次边有接绕组，可提供接绕组，可提供3 3次谐波励磁电流通路。次谐波励磁电流通路。2.2.1采用对称补偿技术构成的同相供电系统采用对称补偿技术构成的同相供电系统基于基于Scott接线接线变压器实现的对称补偿具有