电气化铁路电能质量的治理方法研究

电气化铁路对国民经济发展和社会进步具有重要意义。然而,电力机车负荷的非线性、不对称、冲击性等特点,引发了电力系统谐波、负序电流以及电压波动和闪变等电能质量问题,降低了电力系统的供电质量,影响电力系统的安全和经济运行。因此,必须采取有效的补偿措施对电气化铁路电能质量进行综合治理。本文针对现有的传统电气化铁路和大力发展的高速铁路中存在的电能质量问题分别进行了探讨,提出了相应的治理方案并进行仿真验证,仿真结果证实了所提出方法的有效性。 本文研究了电气化铁路的电能质量治理方法,主要研究内容如下： 针对传统电气化铁路负荷谐波、无功,以及电网侧电压波动,谐波等问题,研究了电能质量的综合补偿装置统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner, UPQC),了解了UPQC补偿装置的拓扑结构和原理,包括串联补偿单元和并联补偿单元,研究了其电能质量检测方法以及控制策略,并且针对UPQC的补偿能量,对UPQC进行最优稳态分析,提出了能量优化补偿策略。仿真结果表明,优化补偿比完全补偿时装置所需的能量减小很多,同时也可以降低补偿装置的容量,提高装置的经济性。 针对高速铁路牵引供电系统的谐波、负序问题,提出一种采用铁路功率调节器(railway static power conditioner, RPC)补偿装置的能量优化补偿策略。研究了优化补偿情况下RPC装置谐波和负序电流补偿量的检测方法。针对RPC的补偿能量,对RPC进行最优稳态功率分析,提出了三个补偿指标：有功补偿度γ,无功补偿角度φ,谐波补偿度ψ。采用粒子群算法(PSO)计算RPC最小补偿能量下所需的有功补偿度γ,无功补偿角度φ,以及谐波补偿度ψ,通过对γ、φ、ψ的控制实现RPC的最优能量控制。采用能量优化补偿方法对RPC进行容量配置,并针对补偿的实时性要求,提出了一种工程应用方法。仿真结果表明,本文提出的能量优化补偿策略可以减小RPC的补偿容量,提高了补偿装置的经济性。