• ISSN 0258-2724
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新型电缆贯通供电系统载流机制

张丽艳 梁世文 李鑫 贾瑛 韩笃硕 李群湛

张丽艳, 梁世文, 李鑫, 贾瑛, 韩笃硕, 李群湛. 新型电缆贯通供电系统载流机制[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(3): 650-658. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200057
引用本文: 张丽艳, 梁世文, 李鑫, 贾瑛, 韩笃硕, 李群湛. 新型电缆贯通供电系统载流机制[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(3): 650-658. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200057
ZHANG Liyan, LIANG Shiwen, LI Xin, JIA Ying, HAN Dushuo, LI Qunzhan. Current-Carrying Mechanism of New Continuous Cable Traction Power Supply System[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(3): 650-658. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200057
Citation: ZHANG Liyan, LIANG Shiwen, LI Xin, JIA Ying, HAN Dushuo, LI Qunzhan. Current-Carrying Mechanism of New Continuous Cable Traction Power Supply System[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(3): 650-658. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200057

新型电缆贯通供电系统载流机制

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200057
基金项目: 国家自然科学基金项目(51877182);四川省科技计划资助(2020YJ0011)
详细信息
    作者简介:

    张丽艳(1979—),女,讲师,博士,研究方向为牵引供电系统分析和电能质量预测,E-mail:xphfy@home.swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TM922

Current-Carrying Mechanism of New Continuous Cable Traction Power Supply System

  • 摘要: 新型电缆贯通供电系统能够取消电分相环节,延长供电距离,并有效治理电气化铁路中的电能质量问题. 但电缆牵引网(cable traction network, CTN)包含不同的电压等级,基波电流要首先经过牵引网的各个环节,最终汇聚到列车负载;而列车发射的谐波电流要经过两级渗透,最终返送到公用电网. 为研究电缆贯通供电系统的载流机制,针对CTN的特殊拓扑结构,根据双口网络分析方法,建立了车网耦合系统等值电路;分析了CTN中的电流传输规律;利用仿真模型,研究了CTN中的谐波电流分布与中心变电所(main substation, MSS)的谐波电流含量. 研究结果表明:当系统内有8个短回路时,单车工况下,基波电流主要在列车所在的单侧供电区间传输;机车电流与MSS电流之比小于4 (牵引变压器变比);MSS谐波电流含量较列车处最多降低了43.5%.

     

  • 图 1  电缆贯通供电系统结构

    Figure 1.  Diagram of continuous cable power supply system

    图 2  输电电缆分布参数电路

    Figure 2.  Distributed parameter circuit of forward-flow cable

    图 3  接触网-钢轨分布参数电路

    Figure 3.  Distributed parameter circuit of catenary-rail

    图 4  单相牵引变压器等值电路

    Figure 4.  Equivalent circuit of single-phase traction transformer

    图 5  电缆贯通供电端口连接示意

    Figure 5.  Port link diagram of continuous cable power supply system

    图 6  电缆贯通供电系统等值电路

    Figure 6.  Equivalent circuit of continuous cable power supply system

    图 7  牵引工况列车电流与端电压

    Figure 7.  Train current and port voltage in traction condition

    图 8  牵引工况列车取流情况

    Figure 8.  Train collecting currents in traction

    图 9  电缆贯通供电系统仿真模型

    Figure 9.  Simulation model of continuous cable traction power supply system

    图 10  CTN电流分配

    Figure 10.  Current distribution in cable traction network

    图 11  车网互联系统谐波阻抗

    Figure 11.  Harmonic impedance of train-network system

    图 12  CRH2谐波电流实测数据

    Figure 12.  Measured data of CRH2 harmonic current

    图 13  接触网谐波电流

    Figure 13.  Catenary harmonic current

    图 14  牵引电缆谐波电流

    Figure 14.  Traction cable harmonic current

    图 15  MSS谐波电流含量

    Figure 15.  Harmonic current content of MSS

    表  1  各端口电压计算对比

    Table  1.   Port voltage calculation comparison kV

    方法U1outU2inU5inU3outU5outUL
    理论111.20111.20111.2027.3627.4325.89
    仿真111.28111.28111.2827.4227.4826.33
    误差/%−0.07−0.07−0.07−0.22−0.18−1.67
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    表  2  各端口电流计算对比

    Table  2.   Port current calculation comparison A

    方法ICIC1IT1It1It2IL
    理论209.55158.1992.03368.14420.15788.26
    仿真210.99159.8291.61366.40408.80775.08
    误差/%−0.68−1.020.460.472.771.70
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    表  3  各个短回路牵引电缆参数

    Table  3.   Parameters of every short section cable

    参数 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8
    截面积/mm2 400 400 500 630 630 500 400 400
    长度/km 29.0 28.4 28.8 29.4 29.2 28.0 29.0 27.4
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    表  4  MSS输出电流

    Table  4.   Output current in MSS

    列车位置PL/MWIMSS/AIL/Akb
    空载0.70
    D520.000192.90765.203.968
    D620.000194.70768.103.937
    D720.000197.10775.903.937
    D820.000200.10784.903.922
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    表  5  再生工况时的MSS输出功率

    Table  5.   MSS output power in regeneration condition

    列车位置PMSS /MWQMSS /MvarMSS输出电压/kV
    空载0.0600.050110.00
    D8−9.860−2.090110.32
    D7−9.850−2.070110.32
    D6−9.860−2.080110.32
    D5−9.880−2.060110.32
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    表  6  多车时MSS输出功率

    Table  6.   MSS output power with multi-train work

    制动列车位置PMSS/MWPbra/MWPL/MW再生能量利用率/%
    无制动20.48010.00020.000
    D611.58010.00020.00089
    D511.78010.00020.00087
    D412.18010.00020.00083
    D312.48010.00020.00080
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  • 李群湛, 贺建闽. 牵引供电系统分析[M]. 成都: 西南交通大学出版社, 2007: 129-138.
    周胜军,于坤山,冯满盈,等. 电气化铁路供电电能质量测试主要结果分析[J]. 电网技术,2009,33(13): 54-57,63.

    ZHOU Shengjun, YU Kunshan, FENG Manying, et al. Analysis on main results of power quality test of power supply for electrified railway[J]. Power System Technology, 2009, 33(13): 54-57,63.
    李群湛. 论新一代牵引供电系统及其关键技术[J]. 西南交通大学学报,2014,49(4): 559-568.

    LI Qunzhan. On new generation traction power supply system and its key technologies for electrification railway[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2014, 49(4): 559-568.
    李群湛. 论干线铁路与城市轨道统一牵引供电方式[J]. 中国科学:技术科学,2018,48(11): 1179-1189. doi: 10.1360/N092017-00184

    LI Qunzhan. Unified traction power supply mode for trunk railway and urban rail transit[J]. Scientia Sinica Technologica, 2018, 48(11): 1179-1189. doi: 10.1360/N092017-00184
    郭鑫鑫,李群湛,解绍锋,等. 电气化铁路高压CTN电气特性研究[J]. 电力自动化设备,2015,35(12): 132-137.

    GUO Xinxin, LI Qunzhan, XIE Shaofeng, et al. Electrical characteristic of cable traction network for electrified railway[J]. Electric Power Automation Equipment, 2015, 35(12): 132-137.
    周婷,解绍锋. 电气化铁路新型电缆供电方案[J]. 电力自动化设备,2018,38(7): 189-195,206.

    ZHOU Ting, XIE Shaofeng. New-type cable traction power supply scheme of electric railroad[J]. Electric Power Automation Equipment, 2018, 38(7): 189-195,206.
    张丽艳,李群湛,易东,等. 同相供电系统潮流控制器容量的优化配置[J]. 电力系统自动化,2013,37(8): 59-64.

    ZHANG Liyan, LI Qunzhan, YI Dong, et al. Capacity optimization of power flow controller used in a co-phase traction poer supply system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2013, 37(8): 59-64.
    CHEN Minwu, LI Qunzhan, ROBERTS C, et al. Modelling and performance analysis of advanced combined co-phase traction power supply system in electrified railway[J]. IET Generation Transmission & Distribution, 2016, 10(4): 906-916. doi: 10.1049/iet-gtd.2015.0513
    李群湛. 我国高速铁路牵引供电发展的若干关键技术问题[J]. 铁道学报,2010,32(4): 119-124.

    LI Qunzhan. On some technical key problems in the development of traction power supply system for high-speed railway in China[J]. Journal of the China Railway Society, 2010, 32(4): 119-124.
    于永源, 杨绮雯. 电力系统分析[M]. 北京: 中国电力出版社, 2007: 19-20, 69.
    谭永霞. 电路分析[M]. 成都: 西南交通大学出版社, 2004: 244-250.
    陈宏伟,耿光超,江全元. 电气化铁路牵引供电系统车网耦合的潮流计算方法[J]. 电力系统自动化,2012,36(3): 76-80,110.

    CHEN Hongwei, GENG Guangchao, JIANG Quanyuan. Power flow algorithm for traction power supply system of electric railway based on locomotive and network coupling[J]. Automation of Electric Power Systems, 2012, 36(3): 76-80,110.
    解绍锋,李群湛. 高速列车再生制动对负序影响研究[J]. 铁道学报,2011,33(7): 14-18.

    XIE Shaofeng, LI Qunzhan. Study on impact of high-speed train regenerative braking on negative sequence[J]. Journal of the China Railway Society, 2011, 33(7): 14-18.
    何正友,胡海涛,方雷,等. 高速铁路牵引供电系统谐波及其传输特性研究[J]. 中国电机工程学报,2011,31(16): 55-62.

    HE Zhengyou, HU Haitao, FANG Lei, et al. Research on the harmonic in high-speed railway traction power supply system and its transmission characteristic[J]. Processings of the CSEE, 2011, 31(16): 55-62.
    高仕斌, 胡海涛. 高速铁路车网电气耦合理论[M]. 北京: 科学出版社, 2016: 97-100.
    国家技术监督局. 电能质量 公用电网谐波: GB/T 14549—93[S]. 北京: 中国标准出版社, 1993.
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-02-21
  • 修回日期:  2020-05-31
  • 网络出版日期:  2020-08-24
  • 刊出日期:  2021-06-15

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