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冈私诸柯
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1 011 年 10 月电工技术学报 Vol.6 No. 10 第 6 卷第 10 期 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Oct. 011 一种电气化铁路电能质量综合补偿系统吴传平罗安孙娟张寅王刚 ( 湖南大学电气与信息工程学院长沙 41008) 摘要为实现对电气化铁路负序谐波和无功的集中治理, 提出一种电气化铁路电能质量综合补偿系统该系统包括一个铁路功率调节器 (RPC) 和两套多组晶闸管控制投切电容器 (TSC) 其中,TSC 承担绝大部分无功功率的补偿,RPC 进行两供电臂有功调节抑制谐波和补偿剩余小部分无功, 因此有源装置 RPC 容量得到降低, 并实现负序谐波和无功综合补偿本文分析了该系统的工作原理, 提出了 RPC 与 TSC 协调控制策略基于无功分离的参考电流实时检测和无功分配方法及 RPC 控制方法, 并进行仿真和实验验证仿真和实验结果表明, 本文提出的检测和控制方法下具有较好的补偿效果关键词 : 综合补偿系统电气化铁路负序谐波无功分配中图分类号 : TM13; TM76 A Power Quality Integrated Compensation System for Electric Railway Wu Chuanping Luo An Sun Juan Zhang Yin Wang Gang Abstract (Hunan University Changsha China) To compensate the negative-sequence, harmonic and reactive power in the electric railway, a novel power quality integrated compensation system is proposed in this paper. It contains a railway static power conditioner (RPC) and two multi-groups thyristor switched capacitor (TSC). TSC is used to compensate the most reactive power, and RPC is used to adjust the active power of the two power supply arm, suppress harmonic and compensate the small remaining reactive power. So the capacity of active power device RPC is reduced, which is good for engineering realization, and combined compensation for negative-sequence, harmonic and reactive is realized. In this paper, the operation principle of the system is analyzed. Furthermore, the collaborative control strategy for RPC and TSC, the reference current detecting and reactive power current distribution method based on reactive power current abruption, and the control method of RPC is presented. Furthermore, simulations and experiments are conducted to test the proposed methods. Simulation and experimental results achieve good performance. Keywords:Integrated compensation system, electric railway, negative-sequence, harmonic, reactive distribution 国家科技支撑计划资助项目 ( 009BAG1A09) 收稿日期改稿日期引言电气化铁路中的电力机车负荷由于具有非线性功率因数低和引起三相不平衡的特点, 不仅降低电气化铁路牵引供电系统本身的电能质量, 还影响到铁路沿线周边电力用户的供电质量 [1-4] 因此必须对电气化铁路的负序谐波和无功等电能质量问题采取有效的治理措施目前, 大多数国家对电气化铁路的无功和谐波问题普遍采用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但无源滤波器只能对特定次数

2 第 6 卷第 10 期吴传平等一种电气化铁路电能质量综合补偿系统 69 的谐波进行治理, 并存在易与电网阻抗发生谐振造成谐波放大的缺点 [5-7] 有源滤波器能对电气化铁路谐波进行动态抑制 [8-10], 但不能有效消除电气化铁路中的负序电流电气化铁路供电系统广泛采用换相接入的方式来消除负序电流 [11-1], 但该方法依赖于机车运营情况, 负序消除能力有限日本学者首先提出并应用铁路功率调节器 (Railway static Power Conditioner,RPC) 对电气化铁路的负序谐波和无功等电能质量问题进行综合治理 [13-16] 文献[13] 提出了 RPC 的结构, 分析了 RPC 应用于伍德桥变压器牵引系统的补偿原理文献 [14] 分析了 RPC 应用于斯科特变压器牵引系统的补偿原理, 并给出了测试结果文献 [15] 分析了 RPC 应用于斯科特变压器牵引系统补偿电压波动的工作模式但 RPC 的容量需求过大, 给工程应用带来较大的难度, 并且抬高了成本实际应用中由于 RPC 容量的限制降低了治理效果为降低 RPC 容量进而降低其成本, 本文提出一种新型电气化铁路电能质量综合补偿系统该系统包括一个 RPC 和两套多组晶闸管控制投切电容器 (Thyristor Switched Capacitor,TSC), 利用 TSC 进行绝大部分的无功有级调节, RPC 只需进行极少量的无功连续调节, 其容量主要用来进行有功调节以补偿负序电流, 并抑制谐波因此新型补偿系统中 RPC 的容量大大降低, 充分利用了 TSC 的低成本特点, 装置成本得到降低本文在分析该系统的工作原理的基础上, 提出 RPC 与 TSC 协调控制策略, 基于无功分离的参考电流实时检测方法和无功分配方法及 RPC 控制方法最后, 通过仿真和实验证明新型补偿系统及其检测和控制方法的有效性工作原理.1 基本结构本文提出的电气化电能质量综合补偿系统结构如图 1 所示该系统包括一个有源装置 RPC 和两套多组晶闸管控制电容器 ( TSC), 其中 RPC 含有共用直流电容的两个变流器, 形成背靠背结构, 两变流器通过输出电感经三绕组单相降压变压器接入牵引网两供电臂两供电臂下各有一套 TSC 组, 两套多组 TSC 与 RPC 并联, 分别接在降压变压器二次侧斯科特牵引变压器为一种典型的平衡牵引变压器, 因此本文分析补偿系统在采用斯科特牵引变压器下的牵引供电网的情况三相交流电经斯科特牵引变压器形成两个单相供电臂图 1 本文提出的补偿系统结构图 Fig.1 Topology of a novel compensation system 该补偿系统结构的优点是 : RPC 容量主要用来调节两供电臂的有功功率使两臂有功达到平衡, 并进行谐波抑制两供电臂分别安装的多组 TSC 实现两供电臂的无功有级调节, 实现绝大部分无功容量补偿, 其余极小部分无功容量由 RPC 补偿因此, 新型补偿系统利用低成本的 TSC 替代了 RPC 用来补偿无功的容量, 有效降低了 RPC 容量. 补偿原理及成本分析定义图 1 中右侧和左侧两个供电臂分别为 a 相和 b 相设 a b 相供电臂负载基波功率分别为 S P jq S P jq La a a Lb b b (1) 式中,S La 和 S Lb 分别为 a b 相供电臂负载基波视在功率 ;P a 和 Q a 分别为 a 相供电臂的负载有功和无功功率 ;P b 和 Q b 分别为 b 相供电臂的负载有功和无功功率,Q a 和 Q b 均大于 0 要补偿负序和无功, 则补偿系统在 a b 相供电臂要吸收的功率分别为 1 SCa ( Pb Pa ) j Qa () 1 SCb ( Pa Pb ) j Qb 式中,S Ca 和 S Cb 分别为 a b 相供电臂应补偿的视在功率其中补偿功率中的有功部分由 RPC 进行调节, RPC 转移 P a P b / 的负荷有功功率从重载侧供电臂向轻载侧转移 ; 无功功率则由多组 TSC 和 RPC 共

3 70 电工技术学报 011 年 10 月同补偿设每组 TSC 所补偿的无功功率容量为 jq TSC ( 负号表示容性无功 ), 两供电臂侧的 TSC 组数均为 M 则 a b 相供电臂侧 TSC 组分别投切的组数分别为 Qa ma QTSC (3) Qb mb QTSC 式中,[ ] 表示取整, 且 m a 和 m b 均小于 M 则 RPC 分别向 a b 相补偿的无功功率为 QRPCa j( Qa maqtsc ) (4) QRPCb j( Qb mbqtsc ) 容易发现, RPC 分别向两供电臂补偿的无功容量要小于单组 TSC 的无功容量, 因此 RPC 容量得到有效降低经新型系统补偿后, a b 相供电臂的有功功率相等功率因数为 1 时, 即实现了负序和无功补偿对于机车负载谐波, 由 RPC 进行动态抑制, 分别根据 a b 两供电臂的负载谐波, 分别向 a b 相供电臂注入相应的谐波电流进行抵消以牵引负荷为韶山 4 型机车的牵引变电所实际工况为例, 谐波电流畸变率约为 3.4%, 功率因数约为 0.8 设机车视在功率为 S, 可求得补偿装置对每个供电臂补偿基波有功基波无功和谐波的最大容量需求 ( 只有一臂有机车时补偿容量需求最大 ) : Pf 0.41S Q 0.57S (5) Ph 0.34S 式中,P f Q P h 分别代表基波有功基波无功和谐波的补偿容量若单独采用 RPC 进行补偿, 对每个供电臂补偿容量相等, 因此其最大补偿容量需求为 1.48xS, 采用新型补偿装置的成本为 1.13xS, 比单独 RPC 节省成本 8.7% 因此, 新型补偿系统具有成本上的优势, 利用多组 TSC 降低了 RPC 的无功部分的容量, 该系统可以应用于重载电气化铁路进行负序无功和谐波的综合补偿 3 检测和控制方法补偿结构由 RPC 与 TSC 共同组成, 应协调 RPC 与 TSC 的工作由于无功分别由 TSC 和 RPC 共同补偿, 需将无功信息与有功和谐波信息分离, 单独检测出来本文基于无功分离的综合检测方法 RPC 和 TSC 的无功分配方法, 以及 RPC 控制方法, 提出了 RPC 与 TSC 协调控制策略 3.1 RPC 与 TSC 协调控制策略检测和控制原理如图所示基本思想是 : 通过对 a b 相供电臂负载电流进行实时计算, 将有功和无功分离, 得到 RPC 的负序和谐波补偿量, 以及负载需要补偿的总无功量再将需补偿的无功量进行分配, 得到 RPC 和 TSC 分别需要补偿的无功量 RPC 的补偿量为负序谐波和少量无功补偿量的相加量 RPC 的补偿电流量确定后, 再兼顾其直流侧电压稳定控制, 得到最终的变流器参考电流, 选择直接电流控制实现变流器的电流跟踪 TSC 根据无功分配确定其补偿电流后可以直接推得其投切组数, 发出驱动信号进行投切这样就完成了 RPC 与 TSC 的协调控制 RPC f h S P Q P 1.48S (6) 若采用所提出系统进行补偿, 假设无功功率全部由 TSC 补偿, 则该系统中 RPC 和 TSC 最大补偿容量分别为 SRPC Pf Ph 0.94S (7) STSC Q 1.14S TSC 成本约为有源装置 RPC 的 1/10 设 RPC 单位容量的成本为 x, 则采用 RPC 的成本为图 RPC 与 TSC 协调控制原理图

4 第 6 卷第 10 期吴传平等一种电气化铁路电能质量综合补偿系统 71 Fig. Coordinated control diagram of RPC and TSC 3. 负序谐波和无功检测及无功分配 3 所示电流为负序谐波和无功检测及无功分配原理如图以 a 相供电臂电压为基准, 设 a b 相供电臂 ila ILa sin( t a ) ILah sin( ht a h ) h ilb ILb sin( t b ) ILbh sin( ht bh ) h (8) 式中,I La 和 I Lb 分别为 a 相和 b 相负载基波电流的有效值 ; a 和 b 分别为 a b 相基波电流的滞后相角 ;I Lah 和 I Lbh 分别为 a 相和 b 相负载 h 次谐波电流的有效值 ; ah 和 bh 分别为 a b 相 h 次谐波电流的滞后相角 a 相负载电流与 a 相电压同相位的信号相乘, 化简可以得到 ila sint ILa cosa ILa cos(t a ) h h ILah cos[( h 1) t ah )] ILah cos[( h 1) t ah )] ( 9 ) b 相负载电流与 b 相电压同相位的电压相乘得到 b 相负载有功电流峰值的一半因此, 两相电压信号和实时电流相乘后将乘积相加, 经低通滤波器后, 其值为两相有功电流峰值和的一半, 这应该是补偿后 a b 相供电臂电流峰值的理想值也就是说, 补偿后 a b 相供电臂电流均为有功, 且大小为两供电臂电流值的一半将两臂电流平均峰值乘以 a b 相供电臂电压同步信号, 即得到两相的有功电流瞬时值由于 RPC 并不承担所有的无功补偿, 因此将无功电流分离检测出来, 与有功电流叠加, 再与 a b 相供电臂负载电流相减, 得到 RPC 补偿电流的负序和谐波参考量因为已将无功电流减去, 负序与谐波参考量中并不包含无功补偿参考量 RPC 无功补偿量根据无功分配得到从图 3 可以看到, 无功电流的检测方法如下 : a 相供电臂负载电流与 a 相供电臂电压滞后 / 的信号相乘, 化简可以得到 ila sin t ILa sina ILa sin( t a ) h h ILa h cos ( h 1) t a h ILa h cos ( h 1) t a h (10) 从式 ( 9) 看到, 乘积的直流部分只有 I La cos a, 这是 a 相负载有功电流峰值的一半同样,

6 005 年 1 月电工技术学报 Vol.0 No.1 第 0 卷第 1 期 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Jan. 005 Fig.3 图 3 负序谐波和无功检测及无功分配原理图 Principle diagram of negative-sequence, harmonic and reactive power detecting and reactive power distribution 从式 (10) 可以看到, a 相供电臂负载电流与 a 相供电臂电压滞后 / 信号乘积的直流部分为 / I La sin a, 即为 a 相负载无功电流峰值的 1/, 经低通滤波器把直流分量滤除出来同理, b 相供电臂也是如此, 乘积后经低通滤波可以得到 b 相无功电流峰值的 1/ 乘以后, 即可得到 a b 相供电臂负载无功电流的峰值则 I I I sin La q La a I sin Lb q Lb b (11) 式中,I Laq 和 I Lbq 分别为 a b 相供电臂无功电流的峰值检测出 a b 相无功电流后, 一方面给负序和谐波检测提供无功信息, 使负序与谐波补偿量中不含无功补偿量 ; 另一方面给 RPC 与 TSC 无功补偿量进行分配提供决策信息从图 3 可以看到, a 相负序与谐波参考量为 ianps_ h ( ILa cos a ILb cos b )sin t ILa sina sin t ila ( ILb cos b ILa cos a )sin t I La h h sin( ht ) a h (1) 式中,i apns_h 表示 a 相负序与谐波补偿电流量可以看到, 得到的负序与谐波补偿量实际上只包含两供电臂的有功信息, 不含无功信息其含义是, RPC 转移两供电臂有功电流差值的一半以平衡两供电臂有功消除部分负序, 其谐波补偿量为负载谐波电流的负值配合无功补偿即可将有功和无功引起的负序完全消除同理可得 b 相负序与谐波补偿量为 ibnps_ h ( ILa cos a ILb cos b )sin t I Lb h h sin( ht ) bh (13) 得到 RPC 负序与谐波参考量后, 还需得到其无功参考量从式 ( 11) 可见, 检测出的感性无功电流值为正, 容性无功电流为负设每组 TSC 能提供的 5kV 侧无功电流为 I TSC (I TSC >0) a b 相无功分配规则一样, 以 a 相为例, 结合图 3,RPC 与 TSC 无功分配规则如下 : 如果 I Laq <0, 则 m a =0,I aq =I Laq ; ILa q 如果 I Laq >0, 则 ma, ITSC

7 7 电工技术学报 011 年 10 月 I aq =I Laq m a I TSC 式中,I aq 为分配给 RPC 在 5kV 侧补偿无功的幅值, RPC 要补偿与负载极性相反的无功, 故 RPC 为 a 相供电臂补偿的实时无功量为 iaq Iaq sin t (14) 通过无功分配后, 可以得出 a b 相多组 TSC 的投切组数和 RPC 无功补偿量 RPC 无功补偿量和负序与谐波补偿量叠加, 即可得到 RPC 的总补偿量 i i i i i i i i ar ap ah aq br bp bh bq (15) 考虑到与 RPC 连接的降压变压器, RPC 变流器的补偿量修正为 iar k i ibr k i t ar t br (16) 式中,k t 为变压器电压比至此,RPC 的负序谐波与无功实时补偿参考量就得到了, 且得到 TSC 的投切组数 TSC 通过控制器直接发出投切指令, 经驱动电路至晶闸管, 即可实现 TSC 的动态无功有级调节, 配合 RPC 连续调节少量无功, 即实现无功的大容量连续调节 3.3 RPC 的控制 RPC 两变流器要正常工作, 必须获得一个稳定的直流侧电压因此 RPC 电流控制要兼顾直流侧电压控制 RPC 包括了两个变流器单元, 它们均具有谐波抑制无功补偿和整流 ( 或逆变 ) 的功能, 两个变流器通过一个直流侧连接起来, 实际上可以视为两个独立的变流器单元, 其直流侧电压由两个变流器共同补充或释放能量当直流侧电压低于参考电压时, 由两变流器共同给其充电, 当直流侧电压低于参考电压时, 由两变流器共同向电网释放电能, 共同作用维持直流侧电压稳定同时, 实现了功率模块开关损耗由两供电臂共同承担, 这样就保证了两变流器两侧的功率相等, 进一步保证了三相电流的对称基于上述考虑, RPC 实际的补偿参考电流在原来负序谐波和无功参考电流 i 和 i 的基础上再叠加一个直流侧电压控制得到的有功电流分量 RPC 控制框图如图 4 所示 ca cb Fig.4 图 4 RPC 控制原理图 Control block diagram of RPC 直流侧电压的跟踪误差经 PI 调节后, 分别与 a b 相供电臂电压的同步信号 sint 和 sin(t/) 相乘, 得到 RPC 中 a b 相变流器的有功指令, 并与负序谐波和无功补偿电流参考指令叠加, 得到 RPC * i ca * i cb 两变流器的实际电流参考指令和通过直流侧电压由两变流器共同控制维持的方法, 保证了两变流器两侧功率平衡, 功率模块损耗由两供电臂分担 RPC 两变流器电流跟踪选取滞环控制方法, 保证两变流器具有较快的响应速度因此, RPC 两变流器的控制实际上可视为直流侧电压外环电流内环的双闭环控制方法设 RPC 中单向逆变桥中某开关器件开通时, 变流器输出电流增大, 关闭时, 变流器输出电流减小设此开关器件的控制电平为 S 1 则滞环控制策略为 4 仿真和实验结果 4.1 仿真结果 1 i < H S1 0 i > H 保持 i < H (17) 采用 PSIM 进行仿真验证仿真针对一供电臂满载, 另一供电臂空载时的工况, 这时负序含量最大根据韶山 4 型电力机车的运行数据, 用电阻串联 150mH 电感连接在 5kV 电压下代替机车负荷, 用 3 次 5 次 7 次 9 次 11 次谐波电流源代替机车产生的谐波电流其他系统仿真参数见表 1, 仿真结果如图 5 和图 6 所示表 1 仿真参数

8 第 6 卷第 10 期吴传平等一种电气化铁路电能质量综合补偿系统 73 Tab.1 Simulation parameters 参数数值系统三相电压 /kv 0 牵引网电阻 / 0.5 降压变压器电压比 5:1.5 RPC 直流电容 /F 0.3 每个供电臂电容器组数 10 供电臂单相电压 /kv 5 牵引网电感 /mh 0.05 RPC 输出电感 /mh 0.3 每组 TSC 电容 /F 708 (a) 补偿前 (b) 补偿后 (a) 仿真波形 (b) 频谱图 5 a 相供电臂负载电流和补偿后网侧电流仿真波形及其频谱 Fig.5 Simulation waveforms of phase a load current and source current with compensation 每组 TSC 的无功补偿容量为 500kvar, 两套 TSC 组分别有 10 组仿真发现 a 相供电臂投入 8 组 TSC, 提供了 4Mvar 无功补偿容量从图 5 可以看出, 补偿后 a 相供电臂谐波电流明显减小补偿前 3 次 5 次 7 次 9 次 11 次谐波电流分别为 60A 30A 0A 6A 3A, 电流畸变率为 3%, 补偿后分别降为 1.A 1.1A 1.1A 0.8A 0.6A, 电流畸变率降为 %,a 相供电臂补偿前后功率因数分别为 0.8 和 0.99, 谐波和无功补偿效果显著图 6 补偿前后三相电流仿真波形 Fig.6 Simulation waveforms of three-phase currents with and without compensation 从图 6 可以看出, 补偿前三相电流不平衡, 其中 B 相电流与 C 相电流相等测得 A B C 三相电流的基波电流分别为 39.7A 19.9A 19.9A, 计算出正负序电流均为 19.9A; 补偿后三相基波电流分别为 16.6A 16.5A 16.5A, 计算出正序电流大小为 16.56A, 负序电流为 0.08A 可见负序补偿效果明显 4. 实验结果根据本文提出的新型补偿结构, 研制了一台模拟样机, 样机中 RPC 容量为 80kVA 并搭建模拟实验平台进行了实验样机装置图如图 7 所示采用高速数字处理芯片 DSP8335 对 RPC 两变流器进行实时控制, 以及给 TSC 发出投切指令数字控制原理图如图 8 所示负序谐波和无功检测计算及控制程序均在 DSP8335 中数字化实现 DSP 处理器经检测和控制程序后, 发出 PWM 触发信号, 经高速光电隔离后送驱动电路, 给 RPC 两变流器的开关器件 IGBT(100V/300A) 提供可靠的驱动, 并发出 TSC 投切指令, 经光电隔离后送至驱动电路, 为晶闸管提供投切控制信号上位机与 DSP8335 进行通信, 监视各变量

9 74 电工技术学报 011 年 10 月 (a) 样机控制屏图 7 Fig.7 样机装置实物图 (b) 背靠背变流器 Photos of prototype (b) 补偿后图 9 补偿前后 a b 相供电臂电流实验波形 Fig.9 Experimental waveforms of phase a and phase b currents with and without compensation 表 a 相供电臂补偿前后对比 Tab. The comparison of phase a power supply arm between before and after compensation ( 单位 : A) 电流基波 3 次 5 次 7 次 11 次 13 次功率因数补偿前补偿后图 8 基于 DSP8335 的数字化控制框图 Fig.8 Digital control based on DSP8335 实验电压为 380V 交流电实验系统电路结构与图 1 一致采用一台容量 00kVA 的斯科特变压器模拟牵引变压器, 二次侧两单相输出电压为 0V 用电压比为 1:1 的三绕组隔离变压器模拟降压变压器, 以隔离 RPC 有源系统与外部电源 RPC 两侧交流输出电感值为 0.mH, 直流电容为两串两并, 单个电容值为 10mF 每组 TSC 中电容值为 38F, 能提供容量为 5kvar 的无功补偿, 两供电臂 TSC 均为 8 组, 总无功补偿量均为 40kvar 两供电臂电力机车负载均用可控整流桥模拟, 但整流负载不相等, 整流负载为阻感负载补偿前后的 a b 供电臂电流波形如图 9 所示, i a 和 i b 分别代表 a b 相供电臂网侧电流基波谐波电流及功率因数数据见表和表 3 表和表 3 中电流均为有效值 (a) 补偿前表 3 b 相供电臂补偿前后对比 Tab.3 The comparison of phase b power supply arm between before and after compensation ( 单位 : A) 电流基波 3 次 5 次 7 次 11 次 13 次功率因数补偿前补偿后从图 9 的实验波形和表表 3 的实验结果对比数据可以看到, 补偿前两供电臂电流幅值不等, 含有大量谐波, 功率因数较低, 均为 0.64,a b 供电臂分别需要补偿无功 1.6kvar 和 10.7kvar; 补偿后, 两供电臂电流接近相等, 谐波明显减小, 功率因数提高到 0.99 实验中发现 a 相供电臂 TSC 投入 4 组,b 相供电臂 TSC 投入组, 分别补偿无功 0kvar 和 10kvar, 提供了绝大部分无功补偿 RPC 只需在 a b 供电臂分别补偿 1.6kvar 和 0.7kvar 无功功率, 因此有源装置 RPC 容量得到有效降低, 其容量主要用来平衡基波有功功率和抑制谐波补偿前后三相电流实验波形如图 10 所示可以看到, 补偿前三相电流畸变严重, 且存在不平衡, 测得三相电流有效值分别为 99.7A 6.3A 61.8A, 三相功率因数均为 0.64; 补偿后, 测得三相电流有效值分别为 48.7A 44.6A 44.3A, 三相电

10 第 6 卷第 10 期吴传平等一种电气化铁路电能质量综合补偿系统 75 流接近平衡, 负序和谐波明显减小, 三相功率因数均为 0.99 (a) 补偿前 (b) 补偿后图 10 补偿前后三相电流实验波形 Fig.10 Experimental waveforms of three-phase currents with and without compensation 仿真和实验结果表明, 本文提出的新型电气化铁路电能质量综合补偿装置具有较好的负序谐波及无功补偿性能, 与单独的 RPC 相比, 新型结构中有源装置 RPC 容量得到降低同时, 本文所提出的检测及控制方法的有效性得到了验证 5 结论 (1) 本文提出的新型电气化铁路电能质量综合补偿系统利用低成本的 TSC 补偿大部分无功, 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 () 提出基于无功分离的负序谐波及无功检测方法无功分配方法和 RPC 控制方法, 合理分配了 RPC 与 TSC 的补偿任务, 使新型补偿系统中 RPC 与 TSC 协调运行 (3) 仿真和实验结果验证了本文所提出的补偿结构及其检测和控制方法的有效性参考文献 [1] 谭秀炳. 交流电气化铁道牵引供电系统 [M]. 版. 西安 : 西南交通大学出版社, 007. [] 高志建. 三相 V/V 接线牵引变压器负序电流分析 [J]. 变流技术与电力牵引, 008(5): Gao Zhijian. Analysis of negative sequence current of three-phase traction transformer[j]. Converter Technology & Electric Traction, 008(5): [3] Kneschke T A. Control of utility system unbalance caused by single-phase electric traction[j]. IEEE Transactions on Industry Applications, 1985, 19(6): [4] 韦炳干, 王卫安. 动态无功补偿装置在电气化铁路上的应用 [J]. 机车电传动, 006(): Wei Binggan, Wang Weian. Application of dynamic passive compensation to electrified railways[j]. Electric Drive for Locomotives, 006(): [5] 唐杰, 罗安, 范瑞祥, 等. 无功补偿和混合滤波综合补偿系统及其应用 [J]. 中国电机工程学报, 007, 7(1): Tang Jie, Luo An, Fan Ruixiang, et a1. Combined compensation system with reactive power compensation and hybrid active power filter and its engineering application[j]. Proceedings of the CSEE, 007, 7(1): [6] Luo An, Shuai Zhikang, Zhu Wenji, et al. Combined system for harmonic suppression and reactive power compensation[j]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 009, 56(): [7] 吴传平, 罗安, 帅智康, 等. 注入式混合有源电力滤波器的数学模型及其特性 [J]. 中国电机工程学报, 009, 9(36): Wu Chuanping, Luo An, Shuai Zhikang, et al. Mathematical model and characteristics of injection type hybrid active power filter[j]. Proceedings of CSEE, 009, 9(36): [8] 谭甜源, 罗安, 唐欣, 等. 大功率并联混合型有源电力滤波器 [J]. 中国电机工程学报, 004, 4(3): Tan Tianyuan, Luo An, Tang Xin, et al. Development of high-capacity hybrid power filter[j]. Proceedings of the CSEE, 004, 4(3): [9] 任震, 余得伟, 唐卓尧. 基于模糊优化设计的混合滤波器治理电气化铁道谐波的一种新方法 [J]. 中国电机工程学报, 001, 1(): Ren Zhen, Yu Dewei, Tang Zhuoyao. A new method for eliminating harmonics of electrified railwaywith hybrid filter based on the fuzzy optimizing design[j]. Proceedings of the CSEE, 001, 1(): [10] 张定华, 桂卫华, 王卫安, 等. 新型电气化铁道电能质量综合补偿系统的研究和工程应用 [J]. 电工技术

11 76 电工技术学报 011 年 10 月学报, 009, 4(3): Zhang Dinghua, Gui Weihua, Wang Weian, et al. Study and application of a new power quality combined compensation system for electric railway[j]. Transactions of China Electrotechnical Society, 009, 4(3): [11] 赵伟, 涂春鸣, 罗安, 等. 适用于电气化铁路的单相注入式混合有源滤波器 [J]. 中国电机工程学报, 008, 8(1): Zhao Wei, Tu Chunming, Luo An, et al. A novel single-phase hybrid active power filter applied to electrical railway system[j]. Proceedings of the CSEE, 008, 8(1): [1] 姚金雄, 张涛, 林榕, 等. 牵引供电系统负序电流和谐波对电力系统的影响及补偿措施 [J]. 电网技术, 008, 3(9): Yao Jinxiong, Zhang Tao, et al. Impacts of negative sequence current and harmonics in traction power supply system for electrified railway on power system and compensation measures[j]. Power System Technology, 008, 3(9): [13] Mochinaga Y, Hisamizu Y, Takeda M, et al. Static power conditioner using GTO converters for AC electric railway[c]. Power Conversion Conference, 1993: [14] Morimoto H, Ando M, Mochinaga Y, et al. Development of railway static power conditioner used at substation for Shinkansen[C]. Power Conversion Conference, 00, 3: [15] Uzuka T, Ikedo S, Ueda K. A static voltage fluctuation compensator for AC electric railway[c]. Power Electronics Specialists Conference, 004, IEEE 35th Annual, 004, 3: [16] Senini S T, Wolfs P J. Novel topology for correction of unbalanced load in single phase electric traction systems[c]. Power Electronics Specialists Conference, 00, IEEE 33rd Annual, 00, 3: 作者简介 : 吴传平男,1984 年生, 博士研究生, 主要从事电气化铁路电能质量综合补偿技术有源电力滤波器和无功补偿方面的研究罗安男,1957 年生, 教授, 博士生导师, 主要从事电能质量控制技术的教学与科研工作

第 5 卷第 9 期 3 9 年月电力电容器与无功补偿 &+ 1 ) + ; & ).& &+ 1 & / ) 5 93 & 9 67893: + 99: 单相谐波补偿电流对直流侧电压和电流纹波的影响分析!"#$%&'!"#$%&' '& ( ')&+,& '(-./01 &

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