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電氣化鐵路牽引供電網(wǎng)的供電可靠和安全性是電力機(jī)車安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保障。而電力機(jī)車作為一種特殊的電力負(fù)荷，其釆用單相供方式，在未采取補(bǔ)償措施時不可避免地向上級電力系統(tǒng)注入負(fù)序電流由于電力機(jī)車負(fù)荷為整流驅(qū)動和具有隨機(jī)性，同時帶來了無功、諧波、電壓波動等電能質(zhì)量問題嚴(yán)重惡化了牽引供電網(wǎng)及其上級電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量，給電力系統(tǒng)和牽引網(wǎng)的安全可靠供電帶來了挑戰(zhàn)。因此，必須采取有效的治理措施，對牽引供電網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行控制，使其處于允許范圍內(nèi)，以保證電力系統(tǒng)和牽引網(wǎng)安全可靠供電。
常用的牽引變壓器主要有YNd11變壓器、斯科特和三相V/V牽引變壓器等。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)對三種牽引變對比，三相V/V牽引變壓器產(chǎn)生的負(fù)序電流最大。但從容量利用率（指變壓器繞組容量利用率）方面看，YNd11牽引變壓器的容量利用率僅為75.6%，這是由于其有負(fù)序電流流過的第三繞組而降低了其功率輸出能力；斯科特牽引變壓器由于原邊兩個繞紐不平衡，其容量利用率為92.8%。而三相牽引變壓器的容量利用率為100%,因?yàn)樗淮嬖谪?fù)序電流流過的第三繞組。另一方面，三相牽引變壓器結(jié)構(gòu)簡單，造價相對較低。因此，三相牽引變壓器在我國高速鐵路供電系統(tǒng)得到普遍采用。
針對上述電氣化鐵路負(fù)序、諧波和無功綜合補(bǔ)償方法可以分為主動治理和被動治理兩類。主動治理方法主要有：（1）規(guī)劃時增大牽引網(wǎng)容量，提高牽引網(wǎng)電能質(zhì)量問題容忍能力；（2）牽引變電所進(jìn)線換相接入，可明顯降低因牽引網(wǎng)單相供電產(chǎn)生的負(fù)序；（3）采用平衡牽引變壓器降低負(fù)序；（4）釆用交直交型電力機(jī)車，可有效降低機(jī)車諧波含量，且功率因數(shù)接近但不能解決負(fù)序問題。被動治理方法主要有：（1）無源補(bǔ)償器（SVC），主要是靜止無功補(bǔ)償器；（2）有源補(bǔ)償器，主要有單相接入的有源電力濾波器（APF）、三相接入的靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）、兩相接入的鐵路功率調(diào)節(jié)器（RPC）及各種變型結(jié)構(gòu)。被動治理的前兩種方法在之前的幾期已經(jīng)進(jìn)行介紹，本次不再贅述，本期重點(diǎn)介紹第三種治理方法。RPC基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，RPC通過兩個降壓變壓器連接于兩供電臂。兩變流器通過輸出電抗和單相降壓變壓器連接到牽引變器的兩個二次側(cè)供電臂。兩供電臂額定電壓為27.5kV。
（1）負(fù)序電流分析
定義圖中的右側(cè)供電臂為a相，左側(cè)供電臂為b相供電臂。假設(shè)三相高壓側(cè)電伍為理想對稱電壓：
以a相電壓為基準(zhǔn)，則a相和b相供電臂電流中的基波電流分別為：
設(shè)三相牽引變壓器變比為K，根據(jù)三相V/V變壓器特性可知：
以上可以看到，A、B、C三相電流互不相等，A相電流滯后于A相電壓30度，B相電流超前B相電壓30度，三相電流存在負(fù)序電流。
（2）有功功率轉(zhuǎn)移
假設(shè)中功率幵關(guān)器件不損耗功率，RPC將a、b相負(fù)載電流差值大小一半的有功電流從重載側(cè)轉(zhuǎn)移到輕載側(cè)。轉(zhuǎn)移ΔI=（ILaf-ILbf）/2從a相轉(zhuǎn)移至b相，則a、b相電流相等。此時三相側(cè)A、B相電流為
此時的三相電流中，A、B電流大小相等，與C相電流不等?？梢杂嬎愠鲞@時三相中電流負(fù)序與序電流之比為50%。此外，A相電流滯后A相電壓30度，B相電流超前B相電壓30度，C相電流和電壓相位重合。
（3）無功功率補(bǔ)償
要將三相電流補(bǔ)償為三相對稱電流，a和b相還應(yīng)補(bǔ)僧一定的無功電流，使A相、B相電流與其電壓相位一致。RPC變流器應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功電流大?。◤娜鄠?cè)看）如下，其中a相發(fā)出無功，b相吸收無功。
經(jīng)過轉(zhuǎn)移有功和補(bǔ)償無功后，三相電流變已變?yōu)橥耆珜ΨQ的三相電流，且三相功率因數(shù)均為1。
根據(jù)以上分析，可以給出負(fù)序和諧波檢測框圖如下：
諧波參考指令提取方法如下：
有功指令提取方法如下：
無功指令提取如下：
根據(jù)以上所述，才有simulink搭建RPC模型，三相電壓220kV，V/V變壓器變比為220：27.6，降壓器變比為27.5：1，電容電壓初始值為1400V，兩相負(fù)載分別為R1=2Ω，L1=2mH,R2=2Ω，L2=2mH，1s時刻投入RPC，仿真結(jié)果如下：
兩臂負(fù)載電流(iLa、iLb)、RPC上兩變流器總的補(bǔ)償電流參考指令（Ira、irb），諧波電流參考指令（irah、irbh）,有功電流參考指令(iraa、irba)、無功電流參考指令(irar、irbr)如下：
補(bǔ)償前電網(wǎng)電壓與電流如下：
補(bǔ)償后電網(wǎng)電壓與電流如下：
直流電壓波形如下：
補(bǔ)償前后電網(wǎng)電流不平衡度及功率因數(shù)如下：
從以上仿真結(jié)果可以看出，本仿真RPC可以快速實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)V/V牽引變壓器實(shí)現(xiàn)負(fù)序及無功進(jìn)行補(bǔ)償，直流電壓控制穩(wěn)定。