科创中国

项目意义：

电气化铁路凭借行驶速度快、运载能力强、节能环保等一系列优点在世界各地迅速发展，电力机车作为一种大功率单相交流负载，对公共电网的电能质量影响越来越严重，尤其是无功、谐波和负序。

传统的牵引供电系统中，三相-两相牵引变压器将110kV(或220kV)三相高压转换成两相27.5kV电压连接至接触网。为了降低负序对公共电网的影响，常采用分段供电、轮换相序的方式接入高压电网，牵引变压器低压侧的相位不同，因此变压器两个输出端以及相邻变压器之间必须进行分相隔离。电分相的存在使得电力机车电流频繁切断，严重影响了电气化铁路的高速重载化。

为了降低牵引供电系统造成的无功、负序、谐波和电压闪变等电能质量问题，通常采用SVC、APF、STATCOM等方式进行补偿，传统的补偿方式能够大大降低无功和谐波，但对降低负序的作用有限，且无法解决电分相的问题。为了综合解决牵引供电系统对公共电网的不良影响，减少或取消电分相装置，同相供电的思想应运而生。同相供电系统中，整个供电区段上的电压幅值、频率和相位保持一致，从而能够取消电分相装置。目前主要有两类同相供电方式：一类采用对称补偿的方式，牵引变压器低压侧一相接入供电臂，并通过变流装置连接至另一相，控制变流器使牵引变压器低压侧两相的功率相等，从而减小或消除负序电流，取消了传统供电方式中变压器低压侧两相之间的电分相；第二类同相供电采用三相-单相变换的方式，利用PWM变流器将三相高压转换为单相电压供给接触网，能够从源头上消除负序，大幅度降低谐波并提高功率因数。

不论是对称补偿方式还是三相-单相PWM变流器方式，均大量采用了全控型电力电子器件，高频器件的通态损耗及开关损耗大、成本高昂、可靠性较低，在牵引供电系统这类大功率场合，上述问题更不容忽视，因此提供一种新型的电气化铁路同相供电方案就很有必要。

技术特点：

1、牵引变电所将三相高压转换为27.5kV单相交流电供给电力机车，其中三相-单相变换装置的整流侧采用基于移相变压器的三相不控整流电路，逆变侧采用H桥级联逆变电路并以阶梯波合成方式进行调制。

2、综合利用了多相不控整流的高功率因数、高可靠性、低成本和阶梯波合成逆变的低工作频率、低开关损耗等优点，能够在为电力机车提供稳定单相交流电压的同时，从源头上消除三相不平衡。

3、所有牵引变电所的相位信息由GPS同步时钟提供，保证整个供电线路中电压的幅值、频率和相位保持一致，符合贯通式同相供电的条件，能够完全取消接触网的电分相，有利于电气化铁路向高速化、重载化发展。全线牵引变电所并联运行，可互为备用，不需要在各牵引变电所内单独设置备用供电容量，节省容量投资。

4、逆变侧直流环节设置适量储能电池，缓存“制动功率大于牵引功率”小概率事件发生时的剩余再生能量，同时还能为其他能源的引入提供接口，这点对电网络比较稀疏而可再生能源资源丰富的地区尤为重要。