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伴隨著我國電氣化鐵路飛速發(fā)展，其電能質(zhì)量問題由早期的無功影響、負(fù)序、諧波等問題轉(zhuǎn)換為負(fù)序為主的電能質(zhì)量問題。為降低牽引負(fù)荷對電力系統(tǒng)公共連接點（Point of Common Coupling, PCC）處不平衡的影響，通常在分相分區(qū)處設(shè)置電分相，采用輪換相序、分相分區(qū)供電的方案。

電分相的存在會帶來機(jī)車掉速、過電壓、施工選址受限等問題，對于機(jī)車的正常運行存在一定的安全隱患。此外，以青藏線和川藏線為代表的電氣化鐵路建設(shè)存在外部電源薄弱，長大坡道多，不宜過多設(shè)定電分相等問題，對既有牽引供電方式提出了新的挑戰(zhàn)。

針對負(fù)序和電分相等問題，國內(nèi)外學(xué)者和工程人員進(jìn)行了大量研究及工程實踐。俄羅斯等國采用雙邊供電省去變電所之間分區(qū)所處的電分相，但會產(chǎn)生均衡電流，同時負(fù)序問題亦存在。德國通過自建電廠或利用公用電網(wǎng)向機(jī)車供電，能夠有效解決負(fù)序及電分相等問題，由于成本較高，只在少數(shù)國家采用。日本學(xué)者提出的功率融通裝置能夠較好地實現(xiàn)負(fù)序等電能質(zhì)量問題的治理，但電分相問題仍存在。

為解決電分相問題，德國、法國、日本等國研究了過分相技術(shù)，仍有一定不足，裝置壽命受影響，投資較大，對施工選址亦有要求。西南交通大學(xué)科研團(tuán)隊在同相供電領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究，在解決負(fù)序等電能質(zhì)量問題的同時，可取消牽引變電所出口處的電分相。

為了進(jìn)一步解決長大坡道的電氣化鐵路供電問題，有必要研究長距離無分相貫通供電技術(shù)，最大限度減少電分相的數(shù)量，同時不會帶來新的電能質(zhì)量問題。

有學(xué)者提出了一種牽引電纜貫通供電系統(tǒng)；有學(xué)者提出了一種牽引變電所群貫通供電系統(tǒng)，針對其負(fù)序問題，可采用集中補(bǔ)償進(jìn)行負(fù)序治理。集中補(bǔ)償時需異地實時采集待補(bǔ)償?shù)臓恳?fù)荷數(shù)據(jù)，若以有功型方式進(jìn)行負(fù)序集中補(bǔ)償，需調(diào)度有功潮流進(jìn)行負(fù)序補(bǔ)償，增加了難度，負(fù)荷較大時可能出現(xiàn)功率反送的現(xiàn)象。因此，需研究新的補(bǔ)償方式，而采用無功型補(bǔ)償方式可作為負(fù)序集中補(bǔ)償?shù)挠行侄沃弧?/p>

鑒于靜止無功發(fā)生器（Static Var Generator, SVG）的優(yōu)點，可利用SVG進(jìn)行負(fù)序集中補(bǔ)償。針對較為復(fù)雜的負(fù)序集中補(bǔ)償，西南交通大學(xué)等單位的研究人員提出一種基于YNd變壓器與SVG的電氣化鐵路同相供電綜合補(bǔ)償方案及策略。

圖1 牽引變電所群貫通供電方案示意圖

他們以YNd11變壓器為例，將基于YNd變壓器與靜止無功發(fā)生器的同相供電綜合補(bǔ)償方案分為二端口補(bǔ)償模式和三端口補(bǔ)償模式。研究負(fù)序補(bǔ)償?shù)幕驹恚瑯?gòu)建二端口補(bǔ)償模式和三端口補(bǔ)償模式的同相供電綜合補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型，并給出確定補(bǔ)償方案的方法。根據(jù)不同的補(bǔ)償模式數(shù)學(xué)模型，提出相應(yīng)的補(bǔ)償控制策略，通過仿真驗證同相供電綜合補(bǔ)償方案及控制策略的正確性和有效性。

圖2 牽引電纜貫通供電方案示意圖

研究人員最后認(rèn)為：

1）基于YNd變壓器與SVG的電氣化鐵路同相供電綜合補(bǔ)償方案分為二端口補(bǔ)償模式和三端口補(bǔ)償模式，對于任意功率因數(shù)牽引負(fù)荷三端口補(bǔ)償模式是完備的；而二端口補(bǔ)償模式在功率因數(shù)不為1的情形是不完備的，在一定范圍內(nèi)可實現(xiàn)負(fù)序的治理，同時提高了設(shè)置補(bǔ)償裝置處牽引所的功率因數(shù)，但是當(dāng)出現(xiàn)過補(bǔ)償?shù)臅r候，會導(dǎo)致功率因數(shù)降低。

2）所提綜合補(bǔ)償方案及控制策略具有普適性，既適用于單所同相供電，同時也適用于長距離無分相貫通同相供電。相較全補(bǔ)償，采用部分補(bǔ)償模式后，在一定程度上能夠降低各端口SVG的容量，考慮到經(jīng)濟(jì)性及設(shè)備的容量，在國標(biāo)允許的范圍內(nèi)采用部分補(bǔ)償即可。

3）所提方案在實現(xiàn)PCC點處負(fù)序治理的同時，可兼顧PCC處因牽引負(fù)荷引起的諧波的治理。

以上研究成果發(fā)表在2020年第17期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“基于YNd變壓器與靜止無功發(fā)生器的電氣化鐵路同相供電綜合補(bǔ)償方案”，作者為王輝、李群湛、李晉、解紹鋒、黃文勛。