电力电子化高速铁路自动过分相技术的研究

我国高速铁路牵引供电系统中每20-30km会有一处电分相区,不仅在我国,在其他电力机车高度发展的国家中,安全可靠通过电分相区一直是一个不断进步与不断完善的课题,目前柱上式真空隔离开关式电分相技术,开关动作转移到了支柱上,但在过电压过电流等问题上,对牵引供电系统和电力机车本身都造成了巨大损害,真空开关本身的性能也难以维持长时间高频率运转,导致维修,养护等成本的增加。目前世界范围内存在三种自动过分相方案:柱上开关自动断电过分相方案,车载自动控制过分相方案,地面开关自动过分相方案。

我国目前使用的是车载自动控制自动过分相方案,车载器件动作增加了维护车载设备的频率,过分相过程车速损失高,过电压现象明显,真空开关使用寿命低,开关动作无法控制导通电压相角等问题。本文给出了基于柱上式电力电子开关自动过分相新方案,可以解决真空隔离开关无法控制导通触发相角,减小暂态现象,使用寿命短,高速机车通过速度损失过大等问题。

文章中首先对现有磁钢式过分相技术和柱上式真空隔离开关过分相技术进行阐述分析与理论计算,推导出开关动作时刻,中性段电压电流的表达式,以及影响中性段电压电流的关键因素和存在的问题;然后给出了基于柱上式电力电子开关自动过分相新方案,设计了电力电子开关系统构成、电力电子器件的选型、电力电子开关的内部电路构造、电力电子器件均压电路、缓冲电路阻抗选值等内容;最后利用matlab/simulink模块对电力电子开关系统过分相过程进行仿真,仿真结果表明该电力电子开关系统能够可靠的实现机车自动过分相,有效的解决了目前存在的车载高压断路器频繁操作、检修周期短易损坏、机车过分相操作过电压过高、电能质量下降、机车过分相失电时间过长速度损失过大和柱上式真空开关

寿命不足检修频繁容易影响运行未得到推广使用的致命弱点等问题。