Lc耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質(zhì)量綜合控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質(zhì)量綜合控制系統(tǒng)，包括非對(duì)稱V/v牽引變壓器，非對(duì)稱V/v牽引變壓器的一次側(cè)與電網(wǎng)相連；非對(duì)稱V/v牽引變壓器二次側(cè)的超前相、滯后相分別與超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路相連；超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路分別與第一降壓變壓器的一次側(cè)、第二降壓變壓器的一次側(cè)相連，第一降壓變壓器的二次側(cè)、第二降壓變壓器的二次側(cè)分別與超前相逆變器、滯后相逆變器相連；超前相逆變器與滯后相逆變器經(jīng)公共的直流電容背靠背連接。本發(fā)明采用兩個(gè)逆變器背靠背連接，能夠成功實(shí)現(xiàn)有功的轉(zhuǎn)移，同時(shí)便于逆變器獨(dú)立補(bǔ)償各相的無(wú)功和諧波，從而徹底解決電氣化鐵道同相供電系統(tǒng)中的所有電能質(zhì)量問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質(zhì)量綜合控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電氣化鐵道供電領(lǐng)域，特別涉及一種LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質(zhì)量綜合控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)通常為三相對(duì)稱系統(tǒng)，而電氣化鐵道所用的供電系統(tǒng)為兩相或單相供電系統(tǒng)，故在將三相電變?yōu)閮上嚯娀騿蜗嚯姷暮诵沫h(huán)節(jié)-牽引變電所，因兩相牽引負(fù)荷不平衡，使得高壓側(cè)三相電流不對(duì)稱，大量負(fù)序電流注入公共電網(wǎng)，對(duì)三相電力系統(tǒng)的對(duì)稱運(yùn)行和旋轉(zhuǎn)電氣設(shè)備帶來(lái)了嚴(yán)重威脅。根據(jù)牽引變電所高壓進(jìn)線的短路容量不同，負(fù)序電流也將對(duì)三相進(jìn)線電壓的對(duì)稱性產(chǎn)生不同程度的影響，對(duì)于地處山區(qū)、高原等電網(wǎng)相對(duì)薄弱地區(qū)的牽引變電所，其高壓側(cè)電壓不平衡度難以滿足國(guó)標(biāo)GB/T15543-1995所規(guī)定的低于2%的要求。另外，我國(guó)大部分電氣化鐵路上依然大量運(yùn)行著AC-DC型電力機(jī)車，其所采用的單相整流型傳動(dòng)系統(tǒng)在牽引網(wǎng)中產(chǎn)生大量奇數(shù)次諧波和無(wú)功，奇數(shù)次諧波滲透至公共電力系統(tǒng)將嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，同時(shí)，如不對(duì)牽引網(wǎng)的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，牽引變電所供電區(qū)段的末端電壓將會(huì)大幅降低，從而嚴(yán)重影響鐵路的運(yùn)力，也將增加鐵路運(yùn)營(yíng)商所繳納的電費(fèi)成本。加上機(jī)車負(fù)荷具有隨機(jī)性和沖擊性，使得上述電能質(zhì)量問(wèn)題也具有隨機(jī)性和沖擊性，從而大大增加了對(duì)其進(jìn)行治理的難度。
[0003]考慮到經(jīng)濟(jì)性，為求得對(duì)電力系統(tǒng)的平衡，我國(guó)牽引變電所高壓進(jìn)線普遍采用相序輪換技術(shù)，但對(duì)于山區(qū)、高原等電網(wǎng)相對(duì)薄弱地區(qū)的牽引變電所該方法難以達(dá)到國(guó)標(biāo)對(duì)三相電壓不平衡度所提出的要求。采用平衡牽引變壓器能獲得比非平衡變更強(qiáng)的負(fù)序抑制能力，但其抑制負(fù)序的能力受機(jī)車負(fù)荷的波動(dòng)性影響較大。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，隨著牽引饋線行車密度的下降或空載概率的增大，平衡變壓器抑制負(fù)序的能力將大為降低，而且這種接線較為復(fù)雜的牽引變壓器在增加成本的同時(shí)自身并不具備補(bǔ)償無(wú)功和抑制諧波的能力。在牽引變電所采用晶閘管投切電容/電抗器的對(duì)稱補(bǔ)償方法能對(duì)兩相牽引供電系統(tǒng)的負(fù)序和無(wú)功進(jìn)行綜合補(bǔ)償，但在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上均難達(dá)到理想狀態(tài)。針對(duì)上述方法的不足，學(xué)者及工程師們提出了多種基于IGBT或IGCT等全控型功率器件的有源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在眾多有源方案中，采用電感耦合型單相逆變器背靠背連接所構(gòu)成的鐵路功率調(diào)節(jié)器(下文稱L-RPC)以其優(yōu)異的補(bǔ)償性能和通用性受到了廣泛關(guān)注，該系統(tǒng)通過(guò)重新分配牽引變電所兩相饋線的有功潮流，并獨(dú)立補(bǔ)償各相的諧波和無(wú)功，能有效應(yīng)對(duì)牽引變電所的各種電能質(zhì)量問(wèn)題，但較大的補(bǔ)償容量和高昂投資成本成為了它進(jìn)一步推廣的主要障礙，眾多鐵路建設(shè)項(xiàng)目對(duì)其望而卻步，現(xiàn)僅在國(guó)內(nèi)、外少數(shù)牽引變電所投入了實(shí)際應(yīng)用。另外，為進(jìn)一步適應(yīng)我國(guó)高速電氣化鐵路的發(fā)展要求，進(jìn)一步提高普速電氣化鐵路的供電性能及運(yùn)力，一種以減少牽引網(wǎng)電分相環(huán)節(jié)為主要目的新型電氣化鐵路供電方式-同相供電系統(tǒng)，以及在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)受到了國(guó)內(nèi)外同行和相關(guān)鐵路建設(shè)項(xiàng)目的關(guān)注。將L-RPC與同相供電系統(tǒng)相結(jié)合以進(jìn)行潮流控制為核心的對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)已在國(guó)內(nèi)開(kāi)展了少量研究，但較高的投資成本依然是它難以大范圍推廣的主要原因。因此，為了應(yīng)對(duì)電氣化鐵道供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的挑戰(zhàn)，適應(yīng)電氣化鐵道新型供電系統(tǒng)的發(fā)展要求，探索具有較高性價(jià)比和能實(shí)現(xiàn)供、用電企業(yè)雙贏的電氣化鐵道電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)成為了目前噬需解決的重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種成本低并且能夠解決電氣化鐵道同相供電系統(tǒng)電能質(zhì)量問(wèn)題的LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質(zhì)量綜合控制系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是:一種LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質(zhì)量綜合控制系統(tǒng)，包括非對(duì)稱V/v牽引變壓器、超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路、第一降壓變壓器、第二降壓變壓器、超前相逆變器、滯后相逆變器和一個(gè)直流電容，所述非對(duì)稱V/v牽引變壓器的一次側(cè)與電網(wǎng)相連，其二次側(cè)的超前相與牽引網(wǎng)相連，為機(jī)車負(fù)荷供電；所述非對(duì)稱V/v牽引變壓器二次側(cè)的超前相、滯后相分別與超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路相連，超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路分別與第一降壓變壓器一次偵U、第二降壓變壓器一次側(cè)相連；第一降壓變壓器二次側(cè)、第二降壓變壓器二次側(cè)分別與超前相逆變器、滯后相逆變器相連，所述超前相逆變器與滯后相逆變器經(jīng)公共的直流電容背靠背連接。
[0006]所述非對(duì)稱V/v牽引變壓器由兩個(gè)變比不相等的單相變壓器按V/v接線連接構(gòu)成。
[0007]所述超前相LC耦合支路由第一電感和第一電容串接構(gòu)成。
[0008]所述滯后相LC耦合支路由第二電感和第二電容串接構(gòu)成。
[0009]所述第一降壓變壓器和第二降壓變壓器可以為單相雙繞組變壓器，也可以為單相多繞組變壓器。
[0010]所述超前相逆變器、滯后相逆變器采用多個(gè)單相兩電平逆變器或者多個(gè)單相二極管鉗位式多電平逆變器相并聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，亦或者采用多個(gè)小功率H橋逆變器串聯(lián)連接的鏈?zhǔn)酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)；當(dāng)采用多個(gè)小功率H橋逆變器串聯(lián)連接的鏈?zhǔn)酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，省去第一降壓變壓器和第二降壓變壓器，超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路分別與超前相逆變器、滯后相逆變器相連。
[0011]所述超前相LC耦合支路的參數(shù)按照最小運(yùn)行電壓法則設(shè)計(jì)，即超前相LC耦合支路電抗的絕對(duì)值|X& I應(yīng)使得下式中Vinvapu為最小。
【權(quán)利要求】
1.一種LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質(zhì)量綜合控制系統(tǒng)，其特征在于:包括非對(duì)稱V/v牽引變壓器、超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路、第一降壓變壓器、第二降壓變壓器、超前相逆變器、滯后相逆變器和一個(gè)直流電容，所述非對(duì)稱V/v牽引變壓器的一次偵嶼電網(wǎng)相連，其二次側(cè)的超前相與牽引網(wǎng)相連，為機(jī)車負(fù)荷供電；所述非對(duì)稱V/v牽引變壓器二次側(cè)的超前相、滯后相分別與超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路相連，超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路分別與第一降壓變壓器一次側(cè)、第二降壓變壓器一次側(cè)相連；第一降壓變壓器二次側(cè)、第二降壓變壓器二次側(cè)分別與超前相逆變器、滯后相逆變器相連，所述超前相逆變器與滯后相逆變器經(jīng)公共的直流電容背靠背連接。
2.如權(quán)利要求1所述的LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質(zhì)量綜合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述非對(duì)稱V/v牽引變壓器由兩個(gè)變比不相等的單相變壓器按V/v接線連接構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質(zhì)量綜合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述超前相LC耦合支路由第一電感和第一電容串接構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質(zhì)量綜合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述滯后相LC耦合支路由第二電感和第二電容串接構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質(zhì)量綜合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述第一降壓變壓器和第二降壓變壓器為單相雙繞組變壓器或單相多繞組變壓器。
6.如權(quán)利要求1所述的LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質(zhì)量綜合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述超前相LC耦合支路的參數(shù)按照最小運(yùn)行電壓法則設(shè)計(jì)，即超前相LC耦合支路電抗的絕對(duì)值|X& I應(yīng)使下式中Vinvapu為最小，
7.如權(quán)利要求1所述的LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質(zhì)量綜合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述滯后相LC耦合支路電抗的絕對(duì)值IXm0I應(yīng)按下式進(jìn)行取值，即
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK103683289SQ201310682144
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】張志文, 胡斯佳, 羅隆福, 李勇 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)