平行双边供电系统电压损失分析与对策研究

　　摘要：电气化铁路采用双边供电方式可以取消牵引网供电臂末端的电分相，但双边供电后牵引负荷电流分布规律改变，因此有必要进一步深入研究双边供电系统的供电能力。本文根据平行双边供电系统电路拓扑特点，首先理论推导了多工况时牵引所分流系数、牵引网电压损失公式，并结合实例，分别探究了分流系数和牵引网电压损失与相位差和机车位置之间的关系;其次提出了一种适合电压移相器的控制算法;最后搭建了双边供电系统仿真模型，分析了单车工况下两牵引所的分流系数和牵引网电压损失。结果表明：使用上述控制算法，电压移相器可以有效的调节馈线电压相位，降低负载不平衡度，并有效地减小了牵引网上的电压损失。

　　关键词：电气化铁路;双边供电;分流系数;电压损失;电压移相器

　　我国正在迅速的建设大规模电气化铁路来促进经济繁荣[12]，主要体现在高速和重载铁路上。为满足高速重载运输的需要，设计了新型大功率机车组，并在一些主要线路上得到应用,4。电气化铁路广泛采用单相25kV交流牵引供电系统，为减轻对电力系统的负序影响，基本都采用轮流换相的措施，因此在牵引变电所出口处和分区所处均设置有电分相环节。

　　电分相作为牵引供电系统中较为薄弱的环节，很大制约机车的安全高速运行，并且容易造成励磁涌流、过电压、机车失速等问题影响机车的正常运行，因此解决电分相的问题迫在眉睫。 近年来，大量研究表明当电气化铁路采用双边供电方式后，可取消分区所处的电分相，减少列车断电时间，同时可以减小牵引网能耗，保证足够的牵引变电所间距，因而可以减少旧线改造和新线建设的投资。但双边供电后由于两牵引变电所间的牵引网被连通成为电力系统高压侧的低压并联支路，由此引起的均衡电流不仅会造成大量额外的电度电费，而且也会对电力系统的潮流分布造成极大影响10。

　　为了消弭均衡电流带来的缺点，文献11根据电压相位差与循环功率的关系，提出一种用于交流电气化铁路双边供电的电压移相器，该移相器可实现27个级差的分级相位调节，因此可以降低本牵引所与相邻牵引变电所馈线电压的相位差，进而减小均衡电流。目前，针对平行双边供电方式牵引负荷电流分布和沿线电压损失的研究，主要集中于利用牵引供电系统等值电路来分析它们与机车位置之间的关系12，未考虑相邻两牵引所馈线电压相位差对分流和电压损失的影响。然而在实际环境中两相邻牵引所馈线电压的相位并不相等13，相位差对牵引所分流系数和牵引网电压损失都有着不可忽视的影响。

　　本文揭示了双边供电后个牵引变电所馈线电压相位差与分流系数和牵引网电压损失的关系，并提出了一种适合电压移相器的控制算法。在simulink环境下搭建了包含电压移相器在内的牵引供电系统仿真模型，并在单车负载工况下对两牵引所的分流系数和牵引网电压损失进行分析。

　　1平行双边供电系统

　　在我国高压电力系统中，发电厂与变电站之间，往往通过架空线路构成环式接线，这样可以提高供电可靠性，并且比较经济。采用平行双边供电方式的相邻两牵引变电所是从两个不同的电力变电站取电，这种取电方式也是我国大多数牵引变电所采用的取电方式，由于两个电力变电站之间存在一定长度的输电线路，从电路结构上看，牵引供电系统与电力系统输电线并联，因此当牵引网上空载时，会在牵引供电系统中产成附加电流，即均衡电流。

　　2电气特性分析

　　2.1牵引负荷电流分布规律

　　当牵引供电系统实施双边供电后，牵引网上有负荷时，沿线实施双边供电的牵引所均要向牵引负荷供电，牵引负荷电流遵循的原则是近者多分，远者少分，距离牵引负荷最近的牵引所承担的分流任务最大，对应的牵引变压器容量利用达到最大。

　　2.2牵引网电压损失分析

　　当牵引网上有机车行驶时，单边供电牵引网的最大电压损失发生在牵引网末端，这与各供电区间机车的取流位置有关。双边供电时机车向相邻两个牵引变电所取流，相比于单边供电的一个牵引变电所供电，牵引网上流过的电流有所减小，相应的会降低牵引网上的电压损失。本小节主要对两个牵引变电所单边供电和双边供电的牵引网电压损失进行讨论分析。

　　3相位补偿措施

　　本文利用前期研究所提出的适用于牵引供电系统的电压移相器来调节馈线电压，并提出了一种调相控制算法。

　　4仿真分析

　　4.1仿真模型搭建

　　为验证电压移相器的可用性以及其减小负载不平衡和牵引网电压损失的有效性，使用Matlab/simulink软件搭建27.5kV直供带回流线的双边供电系统仿真模型。

　　5结论

　　(1)牵引网负载时，随着相位差的增大，相位超前的牵引所分流系数逐渐增大，负载不平衡度加剧，牵引网最大电压损失也在不断增大，且电压损失最大时机车所处的位置也在后移，当相位差大到一定程度时，牵引网上有均衡电流流过。

　　(2)所提出的电压移相器控制算法可以有效地调节馈线电压相位，减小相位差。

　　(3)不同相位差下，安装电压移相器后个牵引所的分流系数曲线近似相同，且其值均在内，牵引网上不存在均衡电流，牵引网电压损失也有所降低。当机车位置相同时，相位差越大补偿后的牵引网电压损失也会略微偏大。

　　参考文献：

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　　作者：李鑫，刘炯，陈偲，马海木呷，朱长青，邓磊