一種電氣化鐵路電能質(zhì)量電磁混合補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電氣化鐵路電能質(zhì)量電磁混合補(bǔ)償系統(tǒng)，包括鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC、兩個(gè)磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器MSVC、V/V牽引變壓器；V/V牽引變壓器由兩個(gè)單相變壓器接成V/V型，V/V牽引變壓器的原邊接在三相公共電網(wǎng)上，V/V牽引變壓器副邊的兩個(gè)輸出端為牽引供電臂；磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器MSVC包括磁控電抗器、三次單調(diào)諧濾波支路、五次單調(diào)諧濾波支路，三者并聯(lián)連接；鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC包括兩個(gè)共用直流側(cè)的H橋變流器。本發(fā)明采用MSVC和RPC協(xié)同工作，解決了電氣化鐵路的諧波和負(fù)序不平衡問(wèn)題；采用MSVC和RPC混合補(bǔ)償有效降低了RPC的補(bǔ)償容量，進(jìn)而降低了系統(tǒng)造價(jià)。
【專利說(shuō)明】一種電氣化鐵路電能質(zhì)量電磁混合補(bǔ)償系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電氣化鐵路電能質(zhì)量補(bǔ)償領(lǐng)域，特別涉及一種電氣化鐵路電能質(zhì)量電磁混合補(bǔ)償系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)已經(jīng)有近8000公里的高速鐵路順利開(kāi)通運(yùn)營(yíng),成為世界上高鐵運(yùn)營(yíng)速度最快、里程最長(zhǎng)的國(guó)家。高速鐵路負(fù)荷采用基于脈寬調(diào)制的交-直-交供電策略，與常規(guī)電氣化鐵路機(jī)車牽引負(fù)荷相比具有瞬時(shí)功率大、功率因數(shù)聞和含有大量聞次諧波等特點(diǎn)。聞鐵負(fù)荷作為單相大功率負(fù)荷，會(huì)產(chǎn)生的大量負(fù)序電流，而這些負(fù)序電流不僅會(huì)引起電機(jī)振動(dòng)和附加損耗，還會(huì)引起繼電保護(hù)誤動(dòng)作，威脅高鐵供電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此有必要對(duì)電氣化鐵路的負(fù)序不平衡和諧波問(wèn)題采取有效的治理措施。
[0003]牽引變壓器是牽引供電系統(tǒng)與公用電網(wǎng)的連接橋梁，常用的牽引變壓器主要有Scott牽引變壓器，YNvd牽引變壓器，V/V牽引變壓器和阻抗平衡變壓器。其中，Scott牽引變壓器和阻抗平衡變壓器是平衡牽引變壓器，但是其完全消除負(fù)序電流的條件是兩側(cè)牽引供電臂負(fù)荷相等，這無(wú)疑具有很大的隨機(jī)性。V/V牽引變壓器將三相電源轉(zhuǎn)換成兩個(gè)單相供電電源，供兩個(gè)相鄰的牽引供電臂供電。V/V牽引變壓器由于其接線方式簡(jiǎn)單，容量利用率高的優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛使用，因此，本專利選取V/V牽引變壓器下的牽引供電系統(tǒng)作為研究對(duì)象。
[0004]近些年采用無(wú)功和平衡化補(bǔ)償裝置成為電鐵牽引負(fù)荷電能質(zhì)量補(bǔ)償?shù)难芯繜狳c(diǎn)。靜止無(wú)功補(bǔ)償器(Static Var Compensator, SVC)是解決電鐵負(fù)序和無(wú)功問(wèn)題的一個(gè)有效的方法，但是SVC無(wú)法解決諧波問(wèn)題,而且晶閘管控制電抗器(Thyristor ControlledReactor, TCR)本身也是一個(gè)諧波源,會(huì)進(jìn)一步惡化諧波問(wèn)題。隨著電力電子器件的發(fā)展，出現(xiàn)了很多基于電力電子器件的電氣化鐵路有源電能質(zhì)量綜合治理方案。20世紀(jì)80年代有日本學(xué)者提出了鐵路功率調(diào)節(jié)器(Railway Power Conditioner, RPC), RPC可以對(duì)負(fù)序，諧波，無(wú)功進(jìn)行綜合補(bǔ)償。但是RPC補(bǔ)償需要的補(bǔ)償容量很大，加之電力電子器件單位容量的造價(jià)高昂，因此成本很高，限制了 RPC補(bǔ)償方式的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)【背景技術(shù)】存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于RPC和帶有磁控電抗器(Magnetic Controlled Reactor, MCR)的磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器(Magnetic Static varCompensator, MSVC)的電氣化鐵路電能質(zhì)量電磁混合補(bǔ)償系統(tǒng)。RPC只用來(lái)傳遞有功功率和治理部分諧波，MSVC用來(lái)補(bǔ)償無(wú)功功率并通過(guò)三次單調(diào)諧濾波支路和五次單調(diào)諧濾支路濾除系統(tǒng)的三次、五次諧波；采用RPC和MSVC相配合，使無(wú)源性的無(wú)功補(bǔ)償裝置MSVC降低有源性補(bǔ)償裝置RPC的補(bǔ)償容量。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種電氣化鐵路電能質(zhì)量電磁混合補(bǔ)償系統(tǒng)，包括鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC、兩個(gè)磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器MSVC、V/V牽引變壓器；V/V牽引變壓器由兩個(gè)單相變壓器接成V/V型，V/V牽引變壓器的原邊接在三相公共電網(wǎng)上，V/V牽引變壓器副邊的兩個(gè)輸出端為牽引供電臂；鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC、兩個(gè)磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器MSVC分別與牽引供電臂連接。
[0008]所述磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器MSVC包括磁控電抗器、三次單調(diào)諧濾波支路、五次單調(diào)諧濾波支路，三者并聯(lián)連接。
[0009]所述鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC包括兩個(gè)共用直流側(cè)的H橋變流器，兩個(gè)H橋變流器通過(guò)公用直流電容器背靠背連接，兩個(gè)H橋變流器的輸出端串聯(lián)電感后通過(guò)降壓變壓器并聯(lián)到牽引供電臂上。
[0010]本發(fā)明中，由于三次、五次單調(diào)諧濾波支路在基波電壓下顯容性，因此濾波支路與磁控電抗器MCR并聯(lián)組成了磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器(MSVC)，MSVC可以分相無(wú)功容量。為了降低有源部分的補(bǔ)償容量，當(dāng)在供電臂上出現(xiàn)負(fù)荷時(shí)，RPC傳遞兩側(cè)負(fù)荷有功功率差值的一半，然后通過(guò)MSVC補(bǔ)償相應(yīng)的無(wú)功功率，改變供電臂電流相角，以達(dá)到完全補(bǔ)償負(fù)序不平衡的目的。
[0011]本發(fā)明利用RPC和MSVC配合補(bǔ)償，其中RPC只用來(lái)傳遞有功功率，減小了補(bǔ)償裝置有源部分的補(bǔ)償容量。采用了基于MCR的MSVC補(bǔ)償無(wú)功，與晶閘管投切無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備相t匕，可以根據(jù)負(fù)荷變化連續(xù)平滑地改變補(bǔ)償容量，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果好。與TCR型SVC相比較，MCR輸出諧波含量小，采用新型雙級(jí)磁飽和技術(shù)的MCR總諧波含量小于5%，且通過(guò)與MCR并聯(lián)的濾波支路可以起到降低諧波的作用，根據(jù)國(guó)家諧波標(biāo)準(zhǔn)，MSVC輸出諧波滿足國(guó)家并網(wǎng)設(shè)備輸出諧波的要求。經(jīng)過(guò)無(wú)源LC濾波器和RPC的有源濾波作用，可以完全消除系統(tǒng)中的諧波問(wèn)題。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0013]1、本發(fā)明通過(guò)MSVC和RPC混合補(bǔ)償綜合解決了高鐵供電系統(tǒng)中的負(fù)序不平衡和諧波問(wèn)題。
[0014]2、本發(fā)明采用MSVC和RPC混合補(bǔ)償有效降低了 RPC的補(bǔ)償容量，進(jìn)而降低了系統(tǒng)造價(jià)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明中的混合補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2是本發(fā)明中補(bǔ)償前牽引變高壓側(cè)三相電流相量；
[0017]圖3是本發(fā)明中RPC傳遞有功后牽引變高壓側(cè)三相電流；
[0018]圖4是本發(fā)明在無(wú)功補(bǔ)償以后牽引變高壓側(cè)三相電流波形；
[0019]圖5是本發(fā)明控制系統(tǒng)框圖。
[0020]其中，I一磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器MSVC，2—磁控電抗器MCR，3—三次單調(diào)諧濾波支路，4一五次單調(diào)諧濾波支路，5—鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC、兩個(gè)磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器MSVC、V/V牽引變壓器；V/V牽引變壓器由兩個(gè)單相變壓器接成V/V型，V/V牽引變壓器的原邊接在三相公共電網(wǎng)上，V/V牽引變壓器副邊的兩個(gè)輸出端為牽引供電臂；鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC、兩個(gè)磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器MSVC分別與牽引供電臂連接；磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器MSVC包括磁控電抗器、三次單調(diào)諧濾波支路、五次單調(diào)諧濾波支路，三者并聯(lián)連接；鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC包括兩個(gè)共用直流側(cè)的H橋變流器，兩個(gè)H橋變流器通過(guò)公用直流電容器背靠背連接，兩個(gè)H橋變流器的輸出端串聯(lián)電感后通過(guò)降壓變壓器并聯(lián)到牽引供電臂上。
[0022]其中，IA、IB、IC是牽引V/V變壓器高壓側(cè)三相電流，Ia、Ib、I。是牽引V/V變壓器低壓側(cè)三相電流。
[0023]通過(guò)牽引供電臂上加裝的電流互感器和電壓互感器實(shí)時(shí)測(cè)得系統(tǒng)的電壓和負(fù)荷電流。以牽引變?cè)匒相電壓作為參考向量，則兩供電臂電壓為:ea(t) =Sin(?t-Ji/6),eb(t) =8?η(ω?-π/2)0由于高速機(jī)車功率因數(shù)接近于1，這里為了簡(jiǎn)化分析，假定機(jī)車基
波只存在有功電流，則兩側(cè)負(fù)載電流為:
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種電氣化鐵路電能質(zhì)量電磁混合補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于:包括鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC、兩個(gè)磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器MSVC、V/V牽引變壓器；V/V牽引變壓器由兩個(gè)單相變壓器接成V/V型，V/V牽引變壓器的原邊接在三相公共電網(wǎng)上，V/V牽引變壓器副邊的兩個(gè)輸出端為牽引供電臂；鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC、兩個(gè)磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器MSVC分別與牽引供電臂連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電氣化鐵路電能質(zhì)量電磁混合補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于:所述磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器MSVC包括磁控電抗器、三次單調(diào)諧濾波支路、五次單調(diào)諧濾波支路，三者并聯(lián)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電氣化鐵路電能質(zhì)量電磁混合補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于:所述鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC包括兩個(gè)共用直流側(cè)的H橋變流器，兩個(gè)H橋變流器通過(guò)公用直流電容器背靠背連接，兩個(gè)H橋變流器的輸出端串聯(lián)電感后通過(guò)降壓變壓器并聯(lián)到牽引供電臂上。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK103545825SQ201310557118
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】陳柏超, 張晨萌, 蔡超, 袁傲, 曾雯珺, 袁佳歆 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)