基于新型变压器的电气化铁道负序和谐波统一治理的理论与方法研究

电气化铁道负序和谐波的有效综合治理是一个亟需解决的重大课题和难点问题。本项目基于新型变压器原理，针对电气化铁道负序和谐波统一治理问题开展深入研究：1）负序和谐波抑制变压器理论；2）负序和谐波统一分析方法；3）电气化铁道负序和谐波的基本特征及其检测方法；4）基于负序和谐波抑制变压器的电气化铁道负序和谐波综合治理方案。主要特色及创新点：1）以变压器的磁特性和不对称非线性负载的功率特征为切入点展开研究，提出了负序和谐波的诸多共性问题，探索了负序和谐波的内在关系；2）充分挖掘了变压器的潜在功能，提出了负序和谐波抑制变压器的理论构想；3）所提方案充分利用了负序和谐波抑制变压器的技术优势，采用了先进的电力电子技术，提高了负序和谐波的综合治理效果，降低了综合治理成本，具有先进性、综合性和实用性等特点。项目研究成果首先有望在电气化铁道上获得应用，继而有望在电力系统负序与谐波统一治理中进一步推广。

提出了基于新型变压器的电气化铁道负序和谐波统一治理的理论、方法和方案。完成了预期研究内容，提交了阶段研究报告，实现了预期研究目标，取得了一系列研究成果。发表论文22篇，其中国际刊物论文6篇，国内核心刊物论文16篇，论文被SCI检索6篇，EI检索14篇，ISTP检索2篇。申请国家专利6项，获得授权专利10项。获得软件著作权2项。获奖2项。培养博士研究生2人，硕士研究生6人，指导青年学术带头人2人。国际合作交流各1人次。项目经费开支合理，符合相关规定。. 主要研究成果概述如下。. 1. 研究了负序和谐波抑制变压器原理，形成了相关理论和方法，提出了多种新型平衡变压器结构。. 2. 研究了不对称非线性系统的电流实时检测方法. 提出了一种基于FBD法的电流实时检测方法。该方法可在电压畸变的情况下检测出三相电流基波和谐波，且具有实时性好、运算速度快等特点。. 3. 深入研究了负序和谐波综合治理方案. 提出了多种负序和谐波综合治理方案，并对方案进行了详细的理论分析、仿真研究和实验验证。. （1）基于多功能平衡变压器的负序和谐波综合治理方案. 该方案的特点是：1）电压配置灵活；2）结构简单；3）充分利用了多功能平衡变压器抑制负序的潜能。. （2）基于V/v牵引变压器、感应滤波功补装置和RPC （Railway Power Conditioner）的负序和谐波综合治理方案. 该方案的特点是将RPC技术与感应滤波技术相结合，充分利用了两者的优势。. （3）基于三相-两相牵引变压器和LC耦合型RPC负序和谐波综合治理方案. 所提的LC-RPC方案充分利用了LC耦合支路的特性，使得有源装置的电压降低、容量减小、成本降低。方案可应用于高速电气化铁道同相供电系统，具有很大的工程应用价值。. 4. 搭建了负序和谐波综合治理装置实验平台.搭建了多种负序和谐波综合治理装置实验平台以证实理论分析的正确性。实验结果表明，所提LC-RPC（20kVA/380V）系统一次侧电流的不平衡度由97.72%下降到5.22%，电流THD由15.4%下降到6.7%，功率因数由0.7提高到0.98。与RPC相比，在性能接近的情况下，LC-RPC装置容量仅为RPC的59.8%。