同相供电平衡变换器保护研究

论文摘要

平衡变换装置是同相牵引供电系统实现的核心器件,它不仅可以平衡负序、补偿负载谐波和无功,而且经平衡变换之后,牵引变压器原边不再需要换相连接,牵引网各供电臂电压相位一致,从而消除“电分相”环节的存在,有利于高速重载铁路的发展。因此作为同相供电的重要组成部分,平衡变换系统的保护工作就显得尤为重要。平衡变换装置由一对“背靠背”变流器组成,在正常工作过程中,网侧端口仅需提供负载一半的有功功率,负荷侧端口不仅要提供一半负载有功功率,同时还须提供负载运行所需的全部无功。针对同相供电平衡变换装置的独特功用,在吸收现有保护方法的基础上,提出了一套更为全面、合理的保护方案。论文首先确定本文的研究对象——基于YNvd变压器实现的同相牵引供电系统,并介绍同相供电平衡变换实现的基本原理,为后续新型保护方案的提出和故障分析做铺垫。本文在经过对潮流控制器和隔离变压器的功率平衡性分析之后,提出了新的基于有功功率差动的平衡变换系统保护方法,分析了系统不平衡有功功率的来源并给出了基本整定原则。为了弥补有功功率差动保护无法反应过负荷的不足,在论文第四章提出了带二次谐波闭锁功能的过电流保护方案,并分析了平衡变换系统投运初期充电过程的影响及相应的限流解决方案。在前面分析的基础上,提出了新型保护方案：PFC (Power Flow Controller)和隔离变压器的保护借鉴目前文献中的保护方案,同时为平衡变换系统提供基于有功功率的大差动保护和过电流保护,且主断路器实行联锁跳闸,使系统能够在故障后第一时间退出运行。最后,在Matlab/Simulink平台上搭建仿真模型,对平衡变换系统正常运行、内部故障及外部故障工况进行仿真,验证了本文提出的保护方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.1.1 同相供电研究意义
• 1.1.2 同相供电保护研究的意义
• 1.2 同相供电平衡变换系统保护研究现状
• 1.3 本文所做的工作
• 第2章 同相供电研究现状及原理
• 2.1 现行牵引供电结构
• 2.1.1 现行的牵引供电系统基本结构
• 2.1.2 既有牵引网供电方式
• 2.1.3 现行牵引供电系统缺陷及解决办法
• 2.2 同相牵引供电系统
• 2.2.1 已经提出的几种同相供电方式
• 2.2.2 平衡变换器的几种基本型式
• 2.2.3 同相牵引供电的优点
• 2.3 本文要研究的对象
• 2.4 平衡变换基本原理
• 2.5 平衡变换效果
• 本章小结
• 第3章 基于有功功率差动平衡变换系统保护
• 3.1 平衡变换系统功率平衡性分析
• 3.1.1 PFC功率关系推导
• 3.1.2 隔离变压器的有功功率平衡性分析
• 3.2 故障点位置的影响
• 3.3 不平衡功率来源
• 3.4 有功功率纵差动保护整定原则
• 本章小结
• 第4章 过电流保护
• 4.1 过电流保护的整定
• 4.2 充电过程对过电流保护的影响及应对措施
• 4.2.1 充电过程的影响
• 4.2.2 应对措施
• 4.3 过电流保护动作结果
• 本章小结
• 第5章 新型保护方案研究
• 5.1 现有平衡变换系统保护方案
• 5.1.1 隔离变压器保护配置
• 5.1.2 PFC保护配置
• 5.2 新型保护方案
• 本章小结
• 第6章 基于有功功率差动和过电流保护仿真
• 6.1 仿真模型的建立
• 6.1.1 YNvd变压器模型的建立
• 6.1.2 平衡变换系统参数确定及模型建立
• 6.2 功率差动保护仿真
• 6.2.1 正常运行
• 6.2.2 含L1、L2及PFC在内部分短路故障
• 6.2.3 负载端口L外侧故障
• 6.2.4 网侧端口L外侧故障
• 6.2.5 负荷突增
• 6.2.6 外部故障
• 6.2.7 功率差动保护仿真结果分析
• 6.3 过电流保护仿真
• 6.3.1 正常运行
• 6.3.2 含L1、L2及PFC在内部分短路故障
• 6.3.3 负载端口L外侧故障
• 6.3.4 网侧端口L外侧故障
• 6.3.5 负荷突增
• 6.3.6 外部故障
• 6.3.7 过电流保护仿真结果分析
• 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文