摘 要：鐵道牽引供電系統(tǒng)是鐵路部門正常供電的重要保障一直以來都是相關(guān)人員關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容，具有重要意義。因此，本文以牽引供電系統(tǒng)為對(duì)象，從牽引供電系統(tǒng)存在的問題及相應(yīng)措施、基于單相有源濾波器的平衡供電系統(tǒng)的仿真兩方面對(duì)鐵道牽引供電系統(tǒng)電能進(jìn)行質(zhì)量控制與仿真研究。

關(guān)鍵詞：鐵道牽引供電；電能質(zhì)量控制；仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.163

隨著社會(huì)的發(fā)展與科技水平的提高，我國(guó)利用電力牽引進(jìn)行供電的方式不斷改進(jìn)與提升，具有明顯的快速發(fā)展，在計(jì)劃鐵路運(yùn)行中具有重要地位。但是，牽引供電系統(tǒng)是一種利用電力進(jìn)行負(fù)電荷牽引以提供機(jī)動(dòng)車行使動(dòng)力的方式，在電流的隨意性與不可控性影響下，存在明顯的牽引供電不穩(wěn)定性，需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究與改善。

1 牽引供電系統(tǒng)存在的問題及相應(yīng)措施

（1）工頻單相牽引供電系統(tǒng)存在的問題。在我國(guó)電氣化鐵路運(yùn)行過程中，選擇了工頻單向交流制的牽引供電方式，利用其成本、靈活性強(qiáng)、易于控制的優(yōu)勢(shì)，不斷為我國(guó)電氣化鐵路功效。雖然工頻單相牽引供電系統(tǒng)比交流供電系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但也存在著自身問題。首先，工頻單相牽引供電系統(tǒng)存在無功功率和諧波電流的問題。造成這一現(xiàn)象的主要原因是電力火車在運(yùn)行過程中存在隨機(jī)性強(qiáng)的現(xiàn)狀，導(dǎo)致了基波電流在運(yùn)行過程中產(chǎn)生一定的偏差與變化并出現(xiàn)諧電流參雜其中，從而導(dǎo)致牽引系統(tǒng)工作負(fù)荷量過大，電流運(yùn)行過程的單相不匹配問題，從而產(chǎn)生無功功率與諧波電流問題。而工頻單相牽引供電系統(tǒng)存在的這一問題容易加大牽引供電系統(tǒng)設(shè)備工作負(fù)擔(dān)加大，從而降低設(shè)備使用壽命，甚至出現(xiàn)誤動(dòng)或不動(dòng)的情況，威脅運(yùn)行安全。工頻單向牽引供電系統(tǒng)存在的另一問題就是負(fù)序電流問題。當(dāng)牽引變電采用單相鏈接的接線方式時(shí)，會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電流，而負(fù)序電流的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致變壓器輸出功率降低，降低電氣機(jī)車的工作效率，同時(shí)也造成安全隱患，威脅牽引供電系統(tǒng)正常運(yùn)行的安全性，從而帶來一系列損失。

（2）相應(yīng)解決措施。應(yīng)對(duì)工頻單相牽引供電系統(tǒng)存在的無功功率、諧波電流、負(fù)序電流的問題，我國(guó)電氣部門進(jìn)行積極改進(jìn)與項(xiàng)目研發(fā)，以減少負(fù)面因素的影響，提高工作效率。首先，針對(duì)諧波電流的問題，我國(guó)電氣機(jī)車運(yùn)行行業(yè)不斷提高機(jī)車的性能，引入各種技術(shù)手段，以提高機(jī)車運(yùn)行的穩(wěn)定性。具體表現(xiàn)在電氣機(jī)車中配備功率因數(shù)校正設(shè)備，提高機(jī)車自身機(jī)能以保持電力運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性，減少過程中的運(yùn)行不穩(wěn)定因素對(duì)電流牽引的干擾，從而有效減少諧波電流的產(chǎn)生和對(duì)正常運(yùn)行的干擾。其次，電氣機(jī)車可以在機(jī)車中配備專業(yè)設(shè)備，利用無極和有極交替補(bǔ)助的方式，借助靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備和有源濾波器設(shè)備，在機(jī)車運(yùn)行過程中出現(xiàn)無功功率和諧波電流時(shí)可以實(shí)現(xiàn)有效的補(bǔ)償，進(jìn)行有效牽引與穩(wěn)定運(yùn)行。最后，對(duì)于負(fù)序電流的改善有多種方式進(jìn)行，包括改變傳統(tǒng)的接點(diǎn)方式以實(shí)現(xiàn)供電順序穩(wěn)定，或是采用高電壓、變壓器的方式最大程度保障運(yùn)行電流的單相穩(wěn)定性，以強(qiáng)電流灌輸和變電調(diào)節(jié)的方式，降低負(fù)序電流造成的不利影響。

2 基于單相有源濾波器的平衡供電系統(tǒng)的仿真

（1）理論知識(shí)。有源濾波器是針對(duì)牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)容易出現(xiàn)諧波電流以及無功功率的人問題，而設(shè)計(jì)的進(jìn)行有效補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)定運(yùn)行設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)牽引供電系統(tǒng)的平衡供電。而單相有源濾波器的平衡供電系統(tǒng)的仿真是指利用專業(yè)的仿真軟件進(jìn)行操作的仿真運(yùn)行技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過程的有效模擬與問題斷定，幫助電氣工作者更好進(jìn)行技術(shù)問題分析。而當(dāng)前廣為使用的仿真軟件是EMTDC軟件或PSCAD軟件，與其他仿真軟件相比，這兩種仿真系統(tǒng)較為全面，功能強(qiáng)大且仿真效果優(yōu)越。其中PSCAD不僅可以進(jìn)行有效仿真，還可以進(jìn)行相互聯(lián)系，性能較為靈活，而EMTDC則可以實(shí)現(xiàn)由用戶進(jìn)行需求定義的強(qiáng)大功效，有效展現(xiàn)核心運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)用戶的實(shí)際需求進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的類型輸出，具有明顯的個(gè)性化需求。也正是因?yàn)檫@樣的優(yōu)勢(shì)，這兩種仿真技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在單相有源濾波器的平衡供電系統(tǒng)的仿真工作之中，利用技術(shù)的便捷實(shí)現(xiàn)電氣技術(shù)的提升與改善。并且，在實(shí)際的模擬仿真過程中，該仿真技術(shù)也確實(shí)實(shí)現(xiàn)了這樣的功效，促進(jìn)了牽引供電的發(fā)展。

（2）牽引供電系統(tǒng)仿真模型的建立。牽引供電系統(tǒng)仿真模型的建立主要是主電路建立、檢測(cè)控制電路建立兩方面內(nèi)容。其中，主電路的建立由電源、接觸網(wǎng)、直流機(jī)車負(fù)載、平衡供電裝置幾個(gè)核心內(nèi)容構(gòu)成。電源類型為工頻的交流電源供電，直流機(jī)車負(fù)載是核心關(guān)鍵，而平衡供電裝置保障運(yùn)行穩(wěn)定。直流機(jī)車負(fù)載主要是針對(duì)傳統(tǒng)工頻單相牽引供電系統(tǒng)中容易出現(xiàn)的諧波電流、無功功率問題導(dǎo)致的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷壓力過大的問題，通過單相半控制橋搭建的方式進(jìn)行整流電流的簡(jiǎn)化工作，提高運(yùn)行效率。而檢測(cè)控制電路的設(shè)計(jì)則是通過負(fù)載無功電流運(yùn)算的方式，或是采用APF監(jiān)控技術(shù)的引用，實(shí)現(xiàn)電路的監(jiān)控與管理。當(dāng)運(yùn)行系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，直流機(jī)車的半控橋就會(huì)立即啟動(dòng)觸發(fā)角控制接板進(jìn)行及時(shí)的故障反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)有效的模仿真模擬。因此，在現(xiàn)代的牽引供電系統(tǒng)中，仿真技術(shù)被不斷運(yùn)用在技術(shù)性開發(fā)與檢測(cè)功能中，以最大程度進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行完善。

3 小結(jié)

在現(xiàn)階段的鐵路運(yùn)行中，應(yīng)用牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)動(dòng)力保障的運(yùn)行方式已經(jīng)成為主要的機(jī)車運(yùn)行方式，占據(jù)著絕對(duì)的市場(chǎng)份額，促進(jìn)我國(guó)電氣機(jī)車的不斷發(fā)展。但于此同時(shí)，電氣部門仍需要加強(qiáng)牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與技術(shù)提升，不斷改進(jìn)單相有源濾波器的平衡供電能力，減少現(xiàn)階段的問題對(duì)牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行安全的威脅，促進(jìn)道路牽引供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的穩(wěn)定提升。

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作者簡(jiǎn)介：張玲（1990-），女，陜西西安人，本科，助教，主要研究方向：牽引供電系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化與繼電保護(hù)、電力電子、電能質(zhì)量檢測(cè)與控制。