同相供电系统
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C 隔离变压器
G
E
E
下层控制器
10MVA同相供电 装置（1#）
上层协调 控制器
10MVA同相供电 装置（2#）
牵引供电的“小康”模式：同相供电结 构
❖ 这种模式的主要特点：
❖ 1、采用同相供电装置的变换功能，将原有牵引变电所的 两相合并为一相，解决了变电所出口的分相问题，至少将 全线的分相的个数减小一半，可大大提高运行的速度。
❖ 缺点： 随着高速铁路自身的发展，电力系统对铁路供电的 电能质量要求的不断提高，这种结构固有的缺陷逐 渐显现——负序问题和过分相问题。
牵引供电的“小康”模式：同相供电结 构
A B C
电力系统（解决电能质量问题）
平衡牵引变压器 (YNvd、Scott等)
同相供电系统（解决电分相问题）
平衡牵引变压器 (YNvd、Scott等)
❖ 4、同相供电装置可兼做无功谐波补偿，不需要加其他设 备就可以实现无功、谐波、负序的完美治理；
❖ 5、同相供电装置具有提高系统暂态稳定、电压稳定的作 用，实现牵引网电压的稳定，增加供电臂的供电距离，从 而减少变电所数量。
牵引供电的“和谐”模式：独立供电结 构
同相供电系统的结构示意图
同相供电系统的功率流向示意图
同相供电系统的各模块功能及技术问题
YNvd的主要优点： ❖ 一次侧中性点可直接接地，当高速铁路接入220kV电压等级时是必须的，
适合于AT供电方式； ❖ 具有较好的平衡性能； ❖ 二次侧输出回路无电气联系； ❖ 具有三角绕组，可为励磁电流三次谐波提供回路； ❖ 所用电可以从三角绕组取电，无需额外变压器； 在既有线上实施示范工程可选择Scott接线牵引变压器
现有铁路供电系统面临的主要问题： 电能质量问题
❖ 早期电气化铁路：无功、谐波 主要采用交直传动方式，功率因数低，谐波含量大，因此 谐波和无功是其主要问题
❖ 现有电气化铁路：无功、谐波、负序 随着高速铁路功率的不断增加，负序问题，日益突出，线 路出现交直、交直交混跑的模式，三大电能质量问题同时 出现。
❖ 过分相的可靠性问题 在高速铁路中，过分相过程的过渡过程复杂，使得过分相 可靠性较差，接触网必然容易损坏；自动过分相装置需要 频繁动作，随着机车功率的不断加大，自动装置难以胜任， 而且自动过分相装置本身的可靠性也不高。
小结
❖ 以负序、无功、谐波为代表的电能质量问题是铁 路外部对铁路的要求；
❖ 解决过分相问题则是我国发展高速、特高速、重 载铁路本身所必须面临的自身问题，是铁路发展 的内部要求；
❖ 提出能满足铁路外部与内部的双重要求的供电结 构是我国铁路的现实需要，同相供电系统结构的 提出成为了同时解决以上问题的完美答案。
牵引供电系统的结构模式
分相 结构
电气化铁路牵引负荷的特点
同相 结构
独立 结构
牵引供电的“温饱”模式：分相结构
牵引供电的“温饱”模式：分相结构
❖ 特点： 采用换相连接，一定程度上减小了单相牵引负荷引 起的负序问题； 辅之一定的无功谐波补偿设备、过分相设备，在中 国铁路发展的初级阶段较好地满足了铁路
❖ SVG1、SVG2的主电路制造 （包括对应的隔离开关、降压变压、测量用的互 感器、支撑电容）
❖ SVG1、SVG2相关的冷却系统； ❖ SVG1、SVG2主电路的保护测量系统； ❖ SVG1、SVG2的驱动模块 ❖ 提供相关测量信号量
关于各单位之间的分工
西南交大
❖ 未来电气化铁路：负序 未来电气化铁路将采用交直交车，无功、谐波问题在车本 身上基本得到解决，取而代之的是日益突出的负序问题， 特别是重载和高速、特高速的负序问题
现有铁路供电系统面临的主要问题： 过分相问题
❖ 2、过分相问题 ❖ 列车速度和牵引力损失问题
分相段的存在带来的结果是使得机车受流不连续，造成相 当大的列车速度和牵引力损失问题，电气化铁路若要达到 300km/h以上，分相问题将是整个铁路供电系统的瓶颈。 在400km/h以上的高速系统中，过分相的存在使得这个速 度几乎不可能实现。
❖ 工程协调与综合管理； ❖ 下层控制模块； ❖ 上层控制软件； ❖ 控制策略研究； ❖ 变压器接线方式选 择； ❖ 最优化控制； ❖ 测量监控；
LOGO
同相供 电装置
分区所
同相供 电装置
ABC
电力系统 同相供电系统
YNvd接线牵
d座
v座引变压器
Pd
Pv
…… PT1+jQT1
Pv+jQT ih
Pv/2
……
Pv/2
PTn+jQTn
PT+jQT ＝∑PTi+jQTi
隔离变压器
SVG1
C
G
SVG2
C
G
隔离变压器
E
E
下层控制器
隔离变压器
SVG3
C
G
SVG4
❖ 2、全线可以实现同相，分区所两边的相位也可实现同相， 过分相过程可大大减化。在一定技术条件下甚至可以实现 完全的贯通供电。
牵引供电的“小康”模式：同相供电结 构
❖ 3、采用平衡变压器，采用同相供电装置实现有功传递， 使得两供电臂的输出功率完全相等，功率因数相同，在电 力系统看来，牵引负荷就完全对称，使得日益突出的负序 问题得到彻底解决；
同相供电系统牵引变压器
采用平衡变压器，利用变压器本身的平衡功能，使得 当牵引变压器两供电臂负荷相同，功率因数相同时，负序 得到完全补偿；
可供选择的变压器接线形式包括： YNvd(Roof-Delta) Scott 延边三角平衡变压器
本课题针对适合同相供电系统的牵引变压器接线进行研究， 推荐YNvd接线牵引变压器
G
E
E
下层控制器
10MVA同相供电 装置（1#）
上层协调 控制器
10MVA同相供电 装置（2#）
牵引供电的“小康”模式：同相供电结 构
❖ 这种模式的主要特点：
❖ 1、采用同相供电装置的变换功能，将原有牵引变电所的 两相合并为一相，解决了变电所出口的分相问题，至少将 全线的分相的个数减小一半，可大大提高运行的速度。
❖ 缺点： 随着高速铁路自身的发展，电力系统对铁路供电的 电能质量要求的不断提高，这种结构固有的缺陷逐 渐显现——负序问题和过分相问题。
牵引供电的“小康”模式：同相供电结 构
A B C
电力系统（解决电能质量问题）
平衡牵引变压器 (YNvd、Scott等)
同相供电系统（解决电分相问题）
平衡牵引变压器 (YNvd、Scott等)
❖ 4、同相供电装置可兼做无功谐波补偿，不需要加其他设 备就可以实现无功、谐波、负序的完美治理；
❖ 5、同相供电装置具有提高系统暂态稳定、电压稳定的作 用，实现牵引网电压的稳定，增加供电臂的供电距离，从 而减少变电所数量。
牵引供电的“和谐”模式：独立供电结 构
同相供电系统的结构示意图
同相供电系统的功率流向示意图
同相供电系统的各模块功能及技术问题
YNvd的主要优点： ❖ 一次侧中性点可直接接地，当高速铁路接入220kV电压等级时是必须的，
适合于AT供电方式； ❖ 具有较好的平衡性能； ❖ 二次侧输出回路无电气联系； ❖ 具有三角绕组，可为励磁电流三次谐波提供回路； ❖ 所用电可以从三角绕组取电，无需额外变压器； 在既有线上实施示范工程可选择Scott接线牵引变压器
现有铁路供电系统面临的主要问题： 电能质量问题
❖ 早期电气化铁路：无功、谐波 主要采用交直传动方式，功率因数低，谐波含量大，因此 谐波和无功是其主要问题
❖ 现有电气化铁路：无功、谐波、负序 随着高速铁路功率的不断增加，负序问题，日益突出，线 路出现交直、交直交混跑的模式，三大电能质量问题同时 出现。
❖ 过分相的可靠性问题 在高速铁路中，过分相过程的过渡过程复杂，使得过分相 可靠性较差，接触网必然容易损坏；自动过分相装置需要 频繁动作，随着机车功率的不断加大，自动装置难以胜任， 而且自动过分相装置本身的可靠性也不高。
小结
❖ 以负序、无功、谐波为代表的电能质量问题是铁 路外部对铁路的要求；
❖ 解决过分相问题则是我国发展高速、特高速、重 载铁路本身所必须面临的自身问题，是铁路发展 的内部要求；
❖ 提出能满足铁路外部与内部的双重要求的供电结 构是我国铁路的现实需要，同相供电系统结构的 提出成为了同时解决以上问题的完美答案。
牵引供电系统的结构模式
分相 结构
电气化铁路牵引负荷的特点
同相 结构
独立 结构
牵引供电的“温饱”模式：分相结构
牵引供电的“温饱”模式：分相结构
❖ 特点： 采用换相连接，一定程度上减小了单相牵引负荷引 起的负序问题； 辅之一定的无功谐波补偿设备、过分相设备，在中 国铁路发展的初级阶段较好地满足了铁路
❖ SVG1、SVG2的主电路制造 （包括对应的隔离开关、降压变压、测量用的互 感器、支撑电容）
❖ SVG1、SVG2相关的冷却系统； ❖ SVG1、SVG2主电路的保护测量系统； ❖ SVG1、SVG2的驱动模块 ❖ 提供相关测量信号量
关于各单位之间的分工
西南交大
❖ 未来电气化铁路：负序 未来电气化铁路将采用交直交车，无功、谐波问题在车本 身上基本得到解决，取而代之的是日益突出的负序问题， 特别是重载和高速、特高速的负序问题
现有铁路供电系统面临的主要问题： 过分相问题
❖ 2、过分相问题 ❖ 列车速度和牵引力损失问题
分相段的存在带来的结果是使得机车受流不连续，造成相 当大的列车速度和牵引力损失问题，电气化铁路若要达到 300km/h以上，分相问题将是整个铁路供电系统的瓶颈。 在400km/h以上的高速系统中，过分相的存在使得这个速 度几乎不可能实现。
❖ 工程协调与综合管理； ❖ 下层控制模块； ❖ 上层控制软件； ❖ 控制策略研究； ❖ 变压器接线方式选 择； ❖ 最优化控制； ❖ 测量监控；
LOGO
同相供 电装置
分区所
同相供 电装置
ABC
电力系统 同相供电系统
YNvd接线牵
d座
v座引变压器
Pd
Pv
…… PT1+jQT1
Pv+jQT ih
Pv/2
……
Pv/2
PTn+jQTn
PT+jQT ＝∑PTi+jQTi
隔离变压器
SVG1
C
G
SVG2
C
G
隔离变压器
E
E
下层控制器
隔离变压器
SVG3
C
G
SVG4
❖ 2、全线可以实现同相，分区所两边的相位也可实现同相， 过分相过程可大大减化。在一定技术条件下甚至可以实现 完全的贯通供电。
牵引供电的“小康”模式：同相供电结 构
❖ 3、采用平衡变压器，采用同相供电装置实现有功传递， 使得两供电臂的输出功率完全相等，功率因数相同，在电 力系统看来，牵引负荷就完全对称，使得日益突出的负序 问题得到彻底解决；
同相供电系统牵引变压器
采用平衡变压器，利用变压器本身的平衡功能，使得 当牵引变压器两供电臂负荷相同，功率因数相同时，负序 得到完全补偿；
可供选择的变压器接线形式包括： YNvd(Roof-Delta) Scott 延边三角平衡变压器
本课题针对适合同相供电系统的牵引变压器接线进行研究， 推荐YNvd接线牵引变压器