基于统一电能质量调节器的同相供电系统的研究

基于统一电能质量调节器的同相供电系统的研究姓名周建佳学号08031100导师张秀峰教授课题的研究意义、国内外现状分析牵引供电系统是牵引负荷的动力来源，其作为高速铁路的重要组成部分。目前牵引供电系统还存在很多问题，如谐波、无功、负序、通信干扰和“过电分相”等，严重制约了高速铁路的快速发展。根据以上问题采用构建同相牵引供电系统，取消各供电区的分相绝缘器，全线用同一相位单相供电，最大限度地避免电分相，能大大的提高机车的速度。统一电能质量调节器(UPQC)由日本学者Akagi.H提出，采用串联有源滤波器、并联有源滤波器与直流储存单元组成的混合结构，可实现安装点电压和系统电流达到最佳补偿效果的一种新型电力电子装置。将UPQC装置应用于牵引供电系统中，既能补偿负载引起的谐波、负序、无功电流等问题,又能补偿来自供电端本身的电压谐波、电压不稳及瞬时电压跌落等电能质量问题，而且还能消除系统不平衡，以实现同相供电。国内外现状分析：日本率先成功采用滤波器的综合补偿装置治理铁道电气化的谐波，补偿无功和平衡负序，包括整个检测和控制装置的数字化实现，成功地运行于新干线。法国高速铁路牵引供电系统采用AT供电方式，牵引变电所变压器采用单相变压器。为了限制不平衡，法国采用了以下的措施：(1)牵引变电所有225kv供电，以确保牵引变电所与系统联接点有足够的短路容量。(2)所有牵引变电所必须轮换相序接入电力系统，使不同变电所产生的负序电流部分抵消，削弱了电力机车产生的负序电流。德国、西班牙高速铁路牵引供电系统采用带回流线的直接供电方式，牵引变电所变压器采用单相变压器。西班牙为了减小不平衡影响，牵引变电所保证有较高的短路容量，并采用相序轮换的方法。我国为减少单相负荷负序电流对电力系统的影响．对电气化铁路采取了各种措施，如牵引变电所的换相连接、三相／两相平衡牵引变压器等特殊供电方式。但是从单个变电站来看，作为电气化铁路负荷的电力机车是一个时变负荷，其负序电流总是存在的，因此我国学者提出了基于无源对称补偿技术的同相供电系统和基于有源滤波器实现的同相供电系统。电源负载串联有源滤波器部分直流储存单元并联有源滤波器部分三相电力系统牵引变压器三相电力系统牵引负载UPQC基于UPQC的同相供电系统的结构模型研究目标：提出基于统一电能质量调节器的同相供电系统的技术方案，通过统一电能质量调节器治理牵引供电系统的系统谐波，补偿无功和平衡负序，符合电能质量要求的各项指标。研究内容：统一电能质量调节器的拓扑结构及原理；基于统一电能质量调节器的同相供电系统的综合补偿方案；适用于同相供电系统的统一电能质量调节器的检测和控制方式；基于统一电能质量调节器的同相供电系统实施仿真分析；拟解决的关键问题：基于统一电能质量调节器的同相供电系统的综合补偿方案；统一电能质量调节器的检测与控制；拟采取的研究方法分析统一电能质量调节器的系统工作原理及补偿方案，构建基于统一电能质量调节器的不同接线方式下的同相供电系统的补偿方案，通过统一电能质量调节器串联APF部分补偿来自供电端的电压谐波，补偿基波电压负序分量，补偿电压暂降，再通过统一电能质量调节器的并联APF部分补偿负载电流谐波，补偿负载基波电流负序分量和正序无功分量，实现牵引供电系统三相平衡，实现同相供电。根据统一电能质量调节器的检测和控制原理，结合同相供电的基本理论，寻求一种适用于同相供电系统的统一电能质量调节器的检测和控制方式。通过Matlab/simluink仿真分析采用统一电能质量调节器的同相供电系统的综合补偿方案，验证给出的方案的可行性和合理性。技术路线、实验方案及其可行性研究：同相供电系统系统分析；统一电能质量调节器的拓扑结构及其原理分析，介绍统一电能质量调节器主电路结构及工作原理；构建基于统一电能质量调节器的不同接线方式下的同相供电系统的补偿方案；统一电能质量调节器的检测及控制方式；采用Matlab/simluink对基于统一电能质量调节器的同相供电系统的实施方案仿真分析，验证给出的同相供电系统结构、平衡补偿方案等的正确可行性。课题的创新性：构建基于统一电能质量调节器的同相供电系统的综合补偿方案，寻求一种适用于同相供电系统的统一电能质量调节器的检测和控制方式。计划进度、预期进展：2008年11月—2009年4月：资料收集，基础知识积累阶段。2009年5月—2009年6月：设计统一电能质量调节器的拓扑结构。2009年7月—2009年9月：构建基于统一电能质量调节器的不同接线方式下的同相供电的综合补偿方案。2009年10—2009年12月：设计统一电能质量调节器的检测和控制电路。2010年1月—2010年4月：综合系统的仿真分析并撰写论文预期成果与拟答辩时间：发表学术论文1－2篇拟答辩时间2010年5月