y-55系统仿真成果-高速铁路同相供电关键技术与理论

仿真模型是根据图3.4所示的V，y接线同相AT牵引供电系统建立。其中，平衡变换装置采用了图3.12所示两单相变流器结构（这里仅是为了检验可行性，实际采用三相变流器更合理，二者的补偿效果基本相同）；变流器采用了双滞环电流比较状态优化控制，如图6.29所示；补偿电流检测方法采用了最优补偿有功电流分离检测法，如图5.17所示；三相电源电压为110 kV，牵引变压器变比为110/55 kV；平衡变换装置的参数设为：k=55/2.5，L=1 mH，C=0.65 mF，直流侧电压给定为10 kV，电流比较器内外滞环宽度分别给定为5 A和10 A；负载电流滞后电压30°，功率因数为0.866。按照上述仿真条件，开关器件所承受的最大电压为10 kV，开关频率集中在2.5 kHz附近，在1～4.5 kHz范围变化。仿真结果如图7.2～图7.6所示。

图7.2（a）为110 kV侧电源电压波形。图7.2（b）和图7.2（c）分别为平衡补偿前牵引变压器原边和副边三相电流波形。可见三相电流极不平衡，并含有大量的谐波和无功。

图7.3和图7.4分别为平衡补偿后变压器原边和副边电流波形。可见虽然三相负载电流极不平衡，但经平衡补偿装置调节后，110 kV侧三相电流基本对称，电流不对称度（基波负序与正序电流分量之比）约为1.6%，电流与相电压同相位，基本不含无功和谐波。

图7.2　V，y-55系统补偿前电压与电流

图7.3　补偿后原边三相电流

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图7.4　补偿后次边三相电流波形

图7.5（a）和图7.5（b）分别为平衡补偿前和补偿后原边电流频谱，平衡补偿前原边电流含有较大的谐波，THD%=18.26；而平衡补偿后原边电流仅含有少量的开关频率特征谐波，THD%=0.65。

图7.5　补偿前后原边电流频谱

图7.6　两单相变流器提供的补偿电流

图7.6为平衡补偿装置提供的补偿电流，由于装置的两个单相变流器相对独立，所以每个变流器的桥臂电流总是均衡的，这是采用单相变流器的优势。其中一个变流器仅传递的基波有功功率，所以波形为纯正弦波；另一个变流器不但要提供的基波有功功率而且还要补偿负载端口的谐波与无功，所以波形中含有谐波和无功分量。值得说明的是V，y-55同相牵引供电系统（包括V，x接线系统）也可以采用三相三桥臂变流器结构的平衡变换装置，当仅补偿负序电流时三相补偿电流相等，优于两单相变流器；当须同时补偿谐波和无功时，三相补偿电流不再平衡，这时对于各桥臂等容量的三桥臂变流器不利于充分利用其容量，可根据实际需要匹配各桥臂变流器的容量，这样可以避免容量的浪费，但同时变流器各桥臂容量不再是均等。

V，x-55接线同相供电系统仿真结果与V，y接线完全相同。