Power quality analysis in traction systems

With the development of the world economy, the role of railways in social development has become increasingly prominent. Electrified railway has gradually become the main mode of medium and long-distance passenger and freight railway transportation due to its advantages of strong transportation capacity, high energy utilization rate and environmental friendliness, and has been widely used throughout the world. Through the construction of electrified railway power supply system, the railway system can achieve the advantages of high load capacity, fast speed and energy saving. However, during the operation of a specific electrified railway power supply system, it will be affected by power quality such as nonlinearity, impact and voltage fluctuation, which affects the operating efficiency of the power supply system and limits sustainable development. Electrified railways have been continuously optimized and updated under the research of many scholars around the world, which has also increasingly raised the requirements for the reliability of the traction power supply system. Electric traction is not only energy-saving and environmentally friendly, but also highly efficient. The traction substation plays a vital role. With the large-scale construction of high-speed electrified railways, the power load of railway traction substations has increased significantly, and the impact on the power grid has also deepened. Since electrified railways are non-linear, fluctuating and large-capacity loads, moreover, electric locomotives need to be powered for a long time, electric traction substation has a great impact on the power quality of the power grid. Mainly reflected in harmonics, voltage deviation and voltage fluctuation. This paper first elaborates on the traction power supply system in the electrified railway power supply system. The safe and stable operation of the traction power supply system is the guarantee for the high-quality operation of electrified railways. Analyze the main causes of power quality problems in the power supply system. For example, strong volatility, harmonics, reactive power, three-phase unbalance, etc. and analyze each issue carefully. The electrified railway traction power supply system is mainly composed of two main modules: substation and traction network. During the operation of the system, the electric energy in the power system is converted based on the traction substation under the power system, and then transmitted to the traction network to ensure normal operation of the railway. This article mainly analyzes, explores and evaluates traction substation technology. Describe the current application of traction substation technology, possible problems and countermeasures. The concept of intelligent traction substation is introduced, compared with traditional substations, and improvement measures are proposed based on daily operation and maintenance. Finally, this article elaborates on the power quality compensation of electrified railways. Comprehensive compensation devices for power supply systems such as static var compensator (SVC), static var generator (SVG) and STATCOM are carefully explained and analyzed. And the topological structures of two new power quality compensation devices are introduced.

Con lo sviluppo dell’economia mondiale il ruolo delle ferrovie nello sviluppo sociale è diventato sempre più importante. La ferrovia elettrificata è gradualmente diventata la modalità principale di trasporto ferroviario di passeggeri e merci a media e lunga distanza grazie ai suoi vantaggi di forte capacità di trasporto, alto tasso di utilizzo dell'energia e rispetto dell'ambiente, ed è stata ampiamente utilizzata in tutto il mondo. Attraverso la costruzione del sistema di alimentazione elettrica ferroviaria elettrificata, il sistema ferroviario può ottenere i vantaggi di elevata capacità di carico, alta velocità e risparmio energetico. Tuttavia, durante il funzionamento di uno specifico sistema di alimentazione ferroviaria elettrificata, questo sarà influenzato dalla qualità dell’energia come non linearità, impatto e fluttuazione della tensione, che influiscono sull’efficienza operativa del sistema di alimentazione e limitano lo sviluppo sostenibile. Le ferrovie elettrificate sono state continuamente ottimizzate e aggiornate nell'ambito della ricerca di molti studiosi in tutto il mondo, che ha anche aumentato sempre più i requisiti di affidabilità del sistema di alimentazione di trazione. La trazione elettrica non è solo a risparmio energetico ed ecologica, ma anche altamente efficiente e la sottostazione di trazione svolge un ruolo fondamentale. Con la costruzione su larga scala di ferrovie elettrificate ad alta velocità, il carico di potenza delle sottostazioni di trazione ferroviaria è aumentato in modo significativo e anche l’impatto sulla rete elettrica è aumentato. Poiché le ferrovie elettrificate sono carichi non lineari, volatili e di grande capacità e le locomotive elettriche ricevono energia per lungo tempo, le sottostazioni di trazione elettrica hanno un impatto maggiore sulla qualità dell'energia della rete, riflesso principalmente in armoniche, deviazioni e fluttuazioni di tensione , ecc. aspetto. Questo articolo approfondisce innanzitutto il sistema di alimentazione di trazione nel sistema di alimentazione ferroviaria elettrificata. Il funzionamento sicuro e stabile del sistema di alimentazione di trazione è la garanzia per il funzionamento di alta qualità delle ferrovie elettrificate. Analizzare le principali cause dei problemi di qualità dell'energia nel sistema di alimentazione. Ad esempio, forte volatilità, armoniche, potenza reattiva, squilibrio trifase, ecc. e analizzare attentamente ogni problema. Il sistema di alimentazione elettrica della trazione ferroviaria elettrificata è composto principalmente da due moduli principali: sottostazione e rete di trazione. Durante il funzionamento del sistema, l'energia elettrica nel sistema di alimentazione viene convertita in base alla sottostazione di trazione sotto il sistema di alimentazione e quindi trasmessa alla rete di trazione per garantire il normale funzionamento della ferrovia. Questo articolo analizza, esplora e valuta principalmente la tecnologia delle sottostazioni di trazione. Descrivere l'attuale applicazione della tecnologia delle sottostazioni di trazione, i possibili problemi e le contromisure. Viene introdotto il concetto di sottostazione di trazione intelligente, rispetto alle sottostazioni tradizionali, e vengono proposte misure di miglioramento basate sul funzionamento e sulla manutenzione quotidiana. Infine, questo articolo approfondisce la compensazione della qualità dell’energia delle ferrovie elettrificate. I dispositivi di compensazione completi per i sistemi di alimentazione come il compensatore di var statica (SVC), il generatore di var statica (SVG) e STATCOM vengono spiegati e analizzati attentamente. Vengono inoltre introdotte le strutture topologiche di due nuovi dispositivi di compensazione della qualità dell'energia.