铁道牵引供电系统电能质量控制的研究及仿真

铁道牵引供电系统电能质量控制的研究及仿真
铁道牵引供电系统是铁路部门正常供电的重要保障一直以来都是相关人员关注的重点内容，具有重要意义。

因此，本文以牵引供电系统为对象，从牵引供电系统存在的问题及相应措施、基于单相有源滤波器的平衡供电系统的仿真两方面对铁道牵引供电系统电能进行质量控制与仿真研究。

标签：铁道牵引供电；电能质量控制；仿真
随着社会的发展与科技水平的提高，我国利用电力牵引进行供电的方式不断改进与提升，具有明显的快速发展，在计划铁路运行中具有重要地位。

但是，牵引供电系统是一种利用电力进行负电荷牵引以提供机动车行使动力的方式，在电流的随意性与不可控性影响下，存在明显的牵引供电不稳定性，需要进行进一步的研究与改善。

1 牵引供电系统存在的问题及相应措施
（1）工频单相牵引供电系统存在的问题。

在我国电气化铁路运行过程中，选择了工频单向交流制的牵引供电方式，利用其成本、灵活性强、易于控制的优势，不断为我国电气化铁路功效。

虽然工频单相牵引供电系统比交流供电系统具有明显的优势，但也存在着自身问题。

首先，工频单相牵引供电系统存在无功功率和谐波电流的问题。

造成这一现象的主要原因是电力火车在运行过程中存在随机性强的现状，导致了基波电流在运行过程中产生一定的偏差与变化并出现谐电流参杂其中，从而导致牵引系统工作负荷量过大，电流运行过程的单相不匹配问题，从而产生无功功率与谐波电流问题。

而工频单相牵引供电系统存在的这一问题容易加大牵引供电系统设备工作负担加大，从而降低设备使用寿命，甚至出现误动或不动的情况，威胁运行安全。

工频单向牵引供电系统存在的另一问题就是负序电流问题。

当牵引变电采用单相链接的接线方式时，会产生负序电流，而负序电流的出现会导致变压器输出功率降低，降低电气机车的工作效率，同时也造成安全隐患，威胁牵引供电系统正常运行的安全性，从而带来一系列损失。

（2）相应解决措施。

应对工频单相牵引供电系统存在的无功功率、谐波電流、负序电流的问题，我国电气部门进行积极改进与项目研发，以减少负面因素的影响，提高工作效率。

首先，针对谐波电流的问题，我国电气机车运行行业不断提高机车的性能，引入各种技术手段，以提高机车运行的稳定性。

具体表现在电气机车中配备功率因数校正设备，提高机车自身机能以保持电力运输的稳定性，减少过程中的运行不稳定因素对电流牵引的干扰，从而有效减少谐波电流的产生和对正常运行的干扰。

其次，电气机车可以在机车中配备专业设备，利用无极和有极交替补助的方式，借助静止型动态无功补偿设备和有源滤波器设备，在机车运行过程中出现无功功率和谐波电流时可以实现有效的补偿，进行有效牵引与稳定运行。

最后，对于负序电流的改善有多种方式进行，包括改变传统的接点方式以实现供电顺序稳定，或是采用高电压、变压器的方式最大程度保障运行电流的单相稳定性，以强电流灌输和变电调节的方式，降低负序电流造成的不利影
响。

2 基于单相有源滤波器的平衡供电系统的仿真
（1）理论知识。

有源滤波器是针对牵引供电系统运行时容易出现谐波电流以及无功功率的人问题，而设计的进行有效补偿的稳定运行设备，以实现牵引供电系统的平衡供电。

而单相有源滤波器的平衡供电系统的仿真是指利用专业的仿真软件进行操作的仿真运行技术，从而实现运行过程的有效模拟与问题断定，帮助电气工作者更好进行技术问题分析。

而当前广为使用的仿真软件是EMTDC软件或PSCAD软件，与其他仿真软件相比，这两种仿真系统较为全面，功能强大且仿真效果优越。

其中PSCAD不仅可以进行有效仿真，还可以进行相互联系，性能较为灵活，而EMTDC则可以实现由用户进行需求定义的强大功效，有效展现核心运行状态，并根据用户的实际需求进行相关内容的类型输出，具有明显的个性化需求。

也正是因为这样的优势，这两种仿真技术被广泛的应用在单相有源滤波器的平衡供电系统的仿真工作之中，利用技术的便捷实现电气技术的提升与改善。

并且，在实际的模拟仿真过程中，该仿真技术也确实实现了这样的功效，促进了牵引供电的发展。

（2）牵引供电系统仿真模型的建立。

牵引供电系统仿真模型的建立主要是主电路建立、检测控制电路建立两方面内容。

其中，主电路的建立由电源、接触网、直流机车负载、平衡供电装置几个核心内容构成。

电源类型为工频的交流电源供电，直流机车负载是核心关键，而平衡供电装置保障运行稳定。

直流机车负载主要是针对传统工频单相牵引供电系统中容易出现的谐波电流、无功功率问题导致的设备运转负荷压力过大的问题，通过单相半控制桥搭建的方式进行整流电流的简化工作，提高运行效率。

而检测控制电路的设计则是通过负载无功电流运算的方式，或是采用APF监控技术的引用，实现电路的监控与管理。

当运行系统出现问题时，直流机车的半控桥就会立即启动触发角控制接板进行及时的故障反应，从而实现有效的模仿真模拟。

因此，在现代的牵引供电系统中，仿真技术被不断运用在技术性开发与检测功能中，以最大程度进行设备运行完善。

3 小结
在现阶段的铁路运行中，应用牵引供电系统运行实现动力保障的运行方式已经成为主要的机车运行方式，占据着绝对的市场份额，促进我国电气机车的不断发展。

但于此同时，电气部门仍需要加强牵引供电系统的稳定性与技术提升，不断改进单相有源滤波器的平衡供电能力，减少现阶段的问题对牵引供电系统运行安全的威胁，促进道路牵引供电系统电能质量的稳定提升。

参考文献：
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[2]韩松，邱国跃.基于DSP的三相有源滤波器谐波检测研究[J].贵州工业大学
学报，2003（32）.
[3]袁涛，郑建勇等.PSCAD/EMTDC中自定义模型研究及其在有源滤波器控制算法仿真中的应用[J].电气应用，2006（25）.
作者简介：张玲（1990-），女，陕西西安人，本科，助教，主要研究方向：牵引供电系统调度自动化与继电保护、电力电子、电能质量检测与控制。