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同相供电装置可靠性评估及改善措施研究

同相供电装置可靠性评估及改善措施研究

作者：宋雅琳西南交通大学

学位级别：硕士

我国电气化铁路普遍采用工频单相交流制,造成了以负序为主的电能质量问题和过分相问题,严重制约了电气化铁路的发展。当前基于对称补偿理论的同相供电技术是解决上述问题的较理想方案。同相供电装置作为同相供电系统的核心组件,对其进... 详细信息

我国电气化铁路普遍采用工频单相交流制,造成了以负序为主的电能质量问题和过分相问题,严重制约了电气化铁路的发展。当前基于对称补偿理论的同相供电技术是解决上述问题的较理想方案。同相供电装置作为同相供电系统的核心组件,对其进行可靠性分析并提出改善措施对同相供电系统的安全运行至关重要。本文首先分析同相供电装置功率模块的拓扑结构和工作特性,计及实际牵引负荷随机性和冲击性对功率元件结温波动的影响,采用功率损耗以及热网络模型计算了功率元件结温,基于雨流算法对结温过程进行处理,得到每个热循环周期的平均结温幅值和结温波动幅值,结合Coffin-Manson元件失效模型和线性疲劳损伤累积模型,计算了功率模块中IGBT模块的失效率。此外,基于电子设备可靠性预计手册提供的可靠性模型和相关参数,计算了直流支撑电容器、串联电抗器以及控制底板等部件的失效率,从而构建了整个装置的可靠性模型。其次,研究了运行过程中功率模块级联模块数的变化对元件失效率的影响,建立了同相供电装置k/n(G)动态可靠性评估模型,以中南通道沙峪牵引变电所的同相供电装置级联拓扑结构为例,基于实测牵引负荷数据,分析了同相供电装置的动态可靠性。以可靠性要求为约束,研究了功率模块级冗余、单元装置级冗余对同相供电装置可靠性的影响,确定了最佳冗余方案。最后,研究了牵引负荷特性以及装置设计参数对同相供电装置可靠性的影响,包含功率因数、散热热阻和开关频率等,特别提出了采用变频控制策略提高同相供电装置可靠性的措施。以功率模块失效率最低为优化目标,以电流切换点和切换频率为优化变量,采用改进的粒子群优化算法,得出最佳的变频控制策略,大幅度降低了功率模块失效率,为同相供电系统的工程设计和运行维护提供了重要依据。

关键词：同相供电装置结温可靠性冗余分析变频控制

计及可靠性约束的同相供电装置多模块协调控制策略研究

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计及可靠性约束的同相供电装置多模块协调控制策略研究

作者：王梦西南交通大学

学位级别：硕士

同相供电系统采用对称补偿理论和高压大容量变流技术,为解决传统牵引供电模式存在的电能质量问题和电分相问题提供了有效途径。同相供电装置作为同相供电系统的核心设备,其可靠性对系统安全高效运行起决定性作用。因功率半导体器件容量... 详细信息

同相供电系统采用对称补偿理论和高压大容量变流技术,为解决传统牵引供电模式存在的电能质量问题和电分相问题提供了有效途径。同相供电装置作为同相供电系统的核心设备,其可靠性对系统安全高效运行起决定性作用。因功率半导体器件容量限制,同相供电装置通常采用多个潮流控制器并联结构、均流控制方式,并通过配置冗余单元提升系统可靠性。如何确定同相供电装置最优冗余配置结构,破除可靠性提升与总成本间的矛盾关系,解决均流控制下IGBT模块热应力大的难题,相关研究具有重要意义。首先,建立了同相供电装置可靠性评估模型。分析了同相供电系统及同相供电装置的拓扑结构和运行特性;基于电力电子器件物理失效机理,建立了同相供电装置核心元件IGBT模块的功率损耗计算模型、结温计算模型和基于雨流计数法的随机热载荷统计模型,研究了IGBT模块平均结温和结温波动对其失效率的影响。构建了同相供电装置可靠性评估流程,并通过实例分析验证了评估方法的有效性与准确性。其次,建立了同相供电装置总成本计算模型。基于全寿命周期成本理论,搭建了计及系统可靠性影响的同相供电装置总成本计算模型。基于电力电子器件运行特性,分析了模块级与装置级冗余结构、不同负荷条件下同相供电装置投运数目对系统可靠性和全寿命周期成本的影响规律,提出了考核周期内以可靠性为约束的同相供电装置冗余配置方法以有效降低系统全寿命周期成本。最后,研究了同相供电装置优化控制策略。基于可靠性影响机理和系统运行特性,为改善系统热应力与平滑结温波动,提出了同相供电装置协调控制策略。以负序限值为约束,以高低负荷分区点、低负荷区域各单元运行时间为决策变量,建立了控制策略优化模型以提升系统可靠度,并基于智能算法求解模型。最后通过与均流控制策略及功率动态分配策略进行对比分析,验证了本文提出的策略在提升系统可靠性、降低全寿命周期成本方面的有效性,为同相供电装置优化设计提供重要参考。

关键词：同相供电装置可靠性优化全寿命周期成本冗余结构配置协调控制策略

基于可靠性约束的同相供电装置变频控制优化方法研究

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基于可靠性约束的同相供电装置变频控制优化方法研究

作者：田航西南交通大学

学位级别：硕士

同相供电系统可以有效解决电气化铁路中电分相问题和以负序为主的电能质量问题的,有利于电气化铁路客运高速化和货运重载化的发展。随着同相供电技术逐步工程化实现,其可靠性愈加受到重视。为保障同相供电系统的安全可靠运行,作为系统... 详细信息

同相供电系统可以有效解决电气化铁路中电分相问题和以负序为主的电能质量问题的,有利于电气化铁路客运高速化和货运重载化的发展。随着同相供电技术逐步工程化实现,其可靠性愈加受到重视。为保障同相供电系统的安全可靠运行,作为系统的核心设备,同相供电装置的可靠性优化研究至关重要。（1）以IGBT模块为核心,研究了同相供电装置可靠性影响机理。计及牵引负荷的随机波动性和冲击性,选择了基于物理失效机理的可靠性评估方法,分析IGBT模块物理失效过程;建立损耗计算模型、热网络模型、结温计算模型和寿命预测模型等,评估了IGBT模块的可靠性;研究IGBT模块可靠性影响因素,对比分析了开关频率和功率因数对可靠性的影响,确定以开关频率为同相供电可靠性优化的核心控制参数。（2）为保证同相供电装置的输出波形质量,建立了同相供电装置谐波解析模型。利用3D几何墙模型和双重傅里叶变换解析PWM波形,推导了单元模块变流器的谐波表达式;基于同相供电装置特殊的拓扑结构,结合载波移相控制特性,分别建立了同相供电装置电网侧变流器和牵引侧变流器的谐波模型;以同相供电装置技术指标规定的电流谐波畸变率为约束,计算了同相供电装置开关频率的最小允许值。（3）为优化同相供电装置可靠性,提出了动态变频控制策略。分析热循环中结温平均值和波动值对IGBT模块寿命的影响,为平滑结温波动,降低失效率,提出了动态变频控制方法;基于IGBT模块损耗和同相供电装置输出波形质量限制,研究了开关频率可调节区间;综合考虑装置可靠性和散热等约束,建立了动态变频控制优化模型,确定最佳策略,有效提升了同相供电装置可靠性,为其优化设计提供了重要参考。

关键词：同相供电装置可靠性平滑结温波动谐波特性动态变频控制

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同相供电装置串联电抗器测温放电故障分析

机电工程技术 2023年第1期52卷 291-294页

作者：胡明健林伟宏余龙邝灿桐程鹏广州白云电器设备股份有限公司广东广州510000

干式铁心电抗器作为电力系统中重要的无功补偿设备,主要用来限制短路电流,或在滤波器中与电容器串联或并联用来限制电网中的高次谐波。铁心电抗器作为主要部件应用于同相供电装置,同相供电装置在运行过程中发生了铁心电抗器测温线二次... 详细信息

干式铁心电抗器作为电力系统中重要的无功补偿设备,主要用来限制短路电流,或在滤波器中与电容器串联或并联用来限制电网中的高次谐波。铁心电抗器作为主要部件应用于同相供电装置,同相供电装置在运行过程中发生了铁心电抗器测温线二次回路与线圈一次回路放电并形成短路,破坏了电抗器本体绝缘造成损坏,导致同相供电装置故障停机。因此,从故障剖析和测温原理两方面对同相供电铁心电抗器二次测温系统进行深入研究,并提出优化方案。在故障分析、原理论证基础上对电抗器测温绝缘问题进行优化研究,提出了另一种可靠的非直接测温综合解决方案,通过更换测温预埋位置,降低保护定值,保证电抗器运行过程中适应高温高电压环境,并消除运行缺陷。经过长期的持续运行观察,各项运行测温数据与仿真结果相符,新的测温解决方案达到预期优化效果,进一步提高了设备运行可靠性和稳定性。

关键词：同相供电装置铁心电抗器测温故障优化

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同相供电装置及现场安装调试研究

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2023年第9期 38-41页

作者：蔡丹国家能源集团新朔铁路供电分公司内蒙古鄂尔多斯017000

本文以同相供电装置及现场安装调试为研究对象,对同相供电装置的基本概念、发展历程以及应用领域进行了阐述和分析。同时,对同相供电装置的原理与设计进行了探讨,包括操作原理、设计要点和性能评价指标的确定。此外,还重点介绍了现场安... 详细信息

本文以同相供电装置及现场安装调试为研究对象,对同相供电装置的基本概念、发展历程以及应用领域进行了阐述和分析。同时,对同相供电装置的原理与设计进行了探讨,包括操作原理、设计要点和性能评价指标的确定。此外,还重点介绍了现场安装技术在供电装置中的重要性和应用背景,并详细阐述了现场安装技术的前期准备、流程设计以及成功案例分析。在同相供电装置的现场安装技术探讨章节中,本文详细解释了同相供电装置的现场安装步骤,并讨论了常见问题和解决策略。此外,还提供了同相供电装置现场安装技术研究案例分析,为同行提供了实践经验和借鉴。在同相供电装置的现场调试方法研究章节中,本文对同相供电装置的现场调试过程进行了分析,并强调了其重要性。同时,对现场调试操作步骤和要点进行了解析,并提出了常见问题的解决方案和优化策略。最后,在综合讨论与未来展望章节中,本文对同相供电装置及其现场安装调试进行了综合评价,并指出了当前存在的问题和挑战。同时,提出了对未来同相供电装置及其现场安装调试的前景预期和建议发展方向。本文旨在促进同相供电装置及其现场安装调试技术的交流与发展,为工程技术领域的从业者提供相关理论和实践指导。

关键词：同相供电装置现场安装调试性能评价现场安装技术综合评价未来展望

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地铁同相供电装置可靠性评估分析

电气化铁道 2023年第4期34卷 83-88页

作者：王平田彩冯超广州地铁建设管理有限公司广州地铁设计研究院股份有限公司

随着地铁供电技术的不断发展,采用同相供电技术成为城市轨道交通供电系统发展的新方向,分析地铁同相供电装置可靠性具有重要意义。基于同相供电装置的拓扑结构与逻辑关系,以单个功率单元模块中IGBT的耐压耐流作为约束条件,对同相供电装... 详细信息

随着地铁供电技术的不断发展,采用同相供电技术成为城市轨道交通供电系统发展的新方向,分析地铁同相供电装置可靠性具有重要意义。基于同相供电装置的拓扑结构与逻辑关系,以单个功率单元模块中IGBT的耐压耐流作为约束条件,对同相供电装置设置方案进行可靠性分析;利用FTA分析法建立同相供电装置可靠性评估模型,并借助最小割集法求解可靠性评估指标,量化评估同相供电装置设置方案的可靠性水平,为主变电所同相装置设置方案的选取提供参考与理论依据。

关键词：同相供电装置可靠性评估最小割集法

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基于同相供电装置的拓扑结构选型研究

机电信息 2019年第33期 26-27,29页

作者：李洪军林权叶海瑞成月良国家电投集团江苏新能源有限公司江苏盐城224000 国电南瑞南京控制系统有限公司江苏南京210000

组合式同相供电系统因其在效能和经济性方面突出的优势,具有极大的研究意义与良好的发展前景。现主要围绕单相组合式同相供电系统的构成原理及其在当前工程应用中的优势,对其结构方案进行着重研究,在简述现有同相供电装置基本结构的同时... 详细信息

组合式同相供电系统因其在效能和经济性方面突出的优势,具有极大的研究意义与良好的发展前景。现主要围绕单相组合式同相供电系统的构成原理及其在当前工程应用中的优势,对其结构方案进行着重研究,在简述现有同相供电装置基本结构的同时,比较高电压、大容量应用场合下不同拓扑结构同相补偿装置的适用性。

关键词：组合式同相供电系统同相供电装置基本原理拓扑结构

集成储能装置的同相牵引供电系统及其控制策略研究

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电工技术 2021年第24期 100-103页

作者：傅司豪郭一晗陈振邹旻洋陈天舒王浩运西南交通大学四川成都611756

基于同相牵引供电系统,结合混合型储能装置的快速充放电特性,开展储能式同相供电系统及其控制策略的研究,给出系统拓扑并划分出谷时充电、削峰放电和再生制动三种工作模式,以解决电气化铁路中以负序为主的电能质量问题、机车过分相问题... 详细信息

基于同相牵引供电系统,结合混合型储能装置的快速充放电特性,开展储能式同相供电系统及其控制策略的研究,给出系统拓扑并划分出谷时充电、削峰放电和再生制动三种工作模式,以解决电气化铁路中以负序为主的电能质量问题、机车过分相问题和再生制动能量回馈利用问题等,同时搭建仿真模型验证系统可行性。

关键词：同相供电装置混合储能控制策略

树形双边贯通供电系统运行策略及对外部电源的负序影响

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铁道科学与工程学报 2023年第7期20卷 2643-2652页

作者：张志文王辉任卓国能新朔铁路有限责任公司内蒙古鄂尔多斯010318 西南交通大学电气工程学院四川成都611756

树形双边贯通供电系统能够实现长距离无分相贯通供电,提高系统的再生制动能量直接利用率。当树形双边贯通供电方案仅由单相接线变压器构成时,列车在公共连接点处产生的三相电压不平衡度将加剧,一旦负序超标,将面临负序带来的不利影响。... 详细信息

树形双边贯通供电系统能够实现长距离无分相贯通供电,提高系统的再生制动能量直接利用率。当树形双边贯通供电方案仅由单相接线变压器构成时,列车在公共连接点处产生的三相电压不平衡度将加剧,一旦负序超标,将面临负序带来的不利影响。为了确保系统的良好运行,避免负序带来的不利影响,有必要评估系统的负序情况。分别研究采用单相接线变压器和采用组合式同相供电装置构成的树形双边贯通供电系统及其运行策略,针对采用组合式同相供电装置的方式提出同相供电装置的就地控制策略。以公共连接点处三相电压不平衡度作为评估树形双边贯通供电系统对外部电源的负序影响的评估指标,分别构建传统Vv接线变压器的单边供电系统、采用单相接线变压器构成的树形双边供电系统和采用组合式同相供电装置构成的树形双边供电系统的负序评估模型。以某线路为例,基于构建的负序评估模型对采用树形双边贯通供电方案后的系统的三相电压不平衡度进行评估,并与既有供电方案的结果进行对比,采用单相组合式同相供电的树形双边供电改造方案后,三相电压不平衡度最大值为1.65%,95%概率大值为1.20%,均符合国家标准。结果表明采用树形双边贯通供电系统方案负序问题得到了极大的改善,符合国家标准的要求,也证明了本文同相供电装置运行策略的有效性。

关键词：电气化铁路双边贯通供电负序同相供电装置