高速铁路同相供电控制传输功率

通过控制变流器的输出电压，可以得到期望的补偿电流，自然也就可以得到期望的补偿功率。平衡补偿装置的主要作用是补偿无功和负序。以下从补偿无功和负序角度来分析变流器的功率传输作用，分析中忽略了等效电阻R，因为R很小，忽略后不影响分析结论。

1．补偿无功功率时

无功功率有容性无功功率和感性无功功率，平衡补偿装置要实现补偿无功功率的功能就需要其输出容性无功功率和感性无功功率。假定只有基波分量，则式（6.1）变为

令，以系统等效电压为参考。当控制变流器的输出电压向量分别落在圆轨迹的B点和D点时，可以有效补偿系统的无功功率，如图6.3所示。

当变流器的输出电压向量落在B点时，各电压向量关系如图6.3（a）所示。系统电压与变流器的输出电压平行同向，变流器输出电压的幅值小于系统电压的幅值，变流器输出电流超前于系统电压向量，这时变流器向系统输出了纯容性无功功率（等价于吸收纯感性无功功率）。

图6.3　补偿无功时向量关系

当变流器的输出电压向量落在D点时，各电压向量关系如图6.3（b）所示。系统电压与变流器的输出电压平行同向，变流器输出电压的幅值大于系统电压的幅值，变流输出电流滞后于系统电压向量，这时变流器向系统输出了纯感性无功功率（等价于吸收纯容性无功功率）。

可见，当控制变流器的输出电压与系统电压平行同向，且其幅值小于系统电压的幅值时，变流器将向系统输出容性无功功率；当控制变流器的输出电压与系统电压平行同向，且其幅值大于系统电压的幅值时，变流器将向系统输出感性无功功率。

无论是向系统输出感性无功功率还是容性无功功率，一个周波内流进流出变流器的平均功率恒等于零，说明仅补偿无功功率时，变流器只与系统交换能量，而不会向系统传输有功功率。

2．补偿负序时

根据前面分析，当补偿负序时变流器的主要作用是传递有功功率，变流器将有功功率从非负荷端口传向负荷端口。从端口来看，变流器要么是向系统输出有功功率，要么是从系统吸收有功功率。控制变流器的输出电压，使其落在圆轨迹的A点或C点时，可以使变流器输出或吸收有功功率，如图6.4所示。

图6.4　补偿负序时向量关系(www.xing528.com)

当变流器的输出电压向量落在图6.4（a）所示的A点时，变流器的输出电压超前于系统电压，变流器的输出电流与系统电压平行同向，这时变流器向系统输出了有功功率。

当变流器输出电压向量落在图6.4（c）所示的C点时，变流器的输出电压将滞后于系统电压，变流器的输出电流与系统电压平行反向，这时变流器从系统吸收有功功率。

说明当变流器的输出电压超前于系统电压时，有功功率由变流器流向系统；当变流器的输出电压滞后于系统电压时，有功功率由系统流向变流器，所以控制变流器的输出电压相位就可以控制有功功率的流向。

当变流器向系统输出有功功率时，能量（功率）将从变流器的直流侧流向系统的交流侧，通常把能量（功率）从直流侧传向交流侧的工作状态称为逆变。而当变流器从系统吸收有功功率时，能量（功率）将从系统的交流侧流向变流器的直流侧，通常把能量（功率）从交流侧流向直流侧的工作状态称为整流。所以变流器输出有功功率时工作在逆变状态，吸收有功功率时工作在整流状态。由于同相牵引供电系统补偿负序时，功率必然是从变流器的一个端口流入又从另一个端口流出，因此平衡补偿装置变流器必须同时具备整流和逆变双重功能。

以两相90° 接线图3.10为例，补偿负序时功率将从bd端口流进而又从ac端口流出，所以接ac端口的单相变流器工作在逆变状态，能量从变流器流向系统；而接bd端口的单相变流器工作在整流状态，能量是从系统流向变流器。通过两个单相变流器将有功功率从系统的非负荷相bd端口传递到了系统的负荷相ac端口，从而补偿了负序，实现了系统平衡。

3．综合补偿时

负序和无功同时补偿时，变流器将随其输出电压向量变化而分为四种工作状态，如图6.5所示。

图6.5　综合补偿时向量关系

当控制变流器的输出电压，使其向量落在弧线区域时，如图6.5（a）所示，变流器输出电压向量超前于向量，输出电流向量也超前于系统电压向量，可将分解为与平行同向的有功分量和超前的无功分量。可见，变流器向系统输出有功功率和容性无功，能量从变流器直流侧流向系统交流侧，变流器工作在逆变状态。

当控制变流器的输出电压，使其向量落在弧线区域时，如图6.5（b）所示，变流器输出电压向量滞后于向量，而变流器输出电流向量超前于系统电压向量。可将分解为与平行反向的有功分量和超前的无功分量。可见，变流器从系统吸收有功功率和感性无功，能量从系统交流侧流向变流器直流侧，变流器工作在整流状态。

当控制变流器的输出电压，使其向量落在弧线区域时，如图6.5（c）所示，变流器输出电压向量滞后于系统电压向量，变流器输出电流向量也滞后于系统电压向量，可将分解为与平行反向的有功分量和滞后的无功分量。可见，变流器从系统吸收有功功率和容性无功，能量从系统交流侧流向变流器直流侧，变流器工作在整流状态。

当控制变流器的输出电压，使其向量落在弧线区域时，如图6.5（d）所示，变流器的输出电压向量超前于向量，变流器输出电流向量滞后于系统电压向量，可将分解为与平行同向的有功分量和滞后的无功分量。可见，变流器输出有功功率和感性无功，能量从变流器直流侧流向系统交流侧，变流器工作在逆变状态

总之，控制变流器的输出电压就可以控制有功功率的流向和大小，并可以补偿容性或感性无功功率。