[發明專利]一種電氣化鐵路電能質量補償裝置

有效

• 申請號: 201010215539.0
• 申請日: 2010-06-22
• 公開（公告）號: CN101872981A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 張春朋;姜齊榮
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/01
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本發明涉及一種電氣化鐵路電能質量補償裝置。

背景技術

電氣化鐵路(以下均簡稱“電鐵”)是大功率的單相負荷，容易引起牽引變壓器高壓側三相電壓不平衡。而且我國電鐵的規模越來越大，機車功率越來越高，引起的不平衡問題也越來越突出，大量負序電流注入電網，經常會影響電網的安全運行。為了治理電鐵負荷引起的三相不平衡問題，必須考慮合理的補償方案。使用SVC(Static?Var?Compensator，靜止無功補償器)和STATCOM(Static?Synchronous?Compensator，靜止同步補償器)時，除了可以補償電鐵的無功功率之外，還要再額外發出大量的無功功率，才能間接彌補電鐵的單相有功功率造成的不平衡。實際上，如果能夠使牽引變壓器兩個供電臂之間直接進行有功交換，那么補償裝置的容量可以降低約三分之一，比如背靠背的換流器能夠實現這種功能。2000年，意大利研究者對兩相換流器補償電鐵單相負荷進行了控制原理的研究。2001年，日本新干線開始采用兩個單相換流器背靠背的方案(如圖1所示)，研制了電鐵補償裝置，稱之為電鐵功率調節器(Railway?Power?Conditioner，RPC)。RPC在提供動態無功功率的同時，通過換流器的公共直流側直接傳輸有功功率，以較小的補償容量獲得了良好的補償效果。2002年，我國學者提出一種采用三相橋換流器改善牽引電網電能質量的方案(如圖2所示)；2008年，我國學者又提出了一種基于鏈式換流器的電鐵功率補償方案(如圖3所示)，這兩種方案均可以等效為背靠背的拓撲，并具備與RPC相同的功能。

可是，上述幾種補償方案，都必須配置兩臺變壓器，以連接換流器和兩個供電臂。所有補償的無功功率和有功功率均須通過變壓器才能在換流器與供電臂之間流動，所以每臺變壓器的容量必須大于等于補償的視在功率。這樣，變壓器及其保護元件在補償裝置的成本中無疑占了相當大的比重。而且，變壓器也會增加補償裝置的占地面積，降低其運行效率。然而，基于換流器的電鐵補償方案的發展過程當中，無變壓器的電鐵補償方案卻一直未曾有人提及。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種不需要變壓器，且能夠綜合補償電鐵負荷的動態無功、諧波和不平衡的電氣化鐵路電能質量補償裝置。

本發明采取以下技術方案：一種電氣化鐵路電能質量補償裝置，其特征在于：它包括一α相換流器橋臂，其通過一電抗器(L_A)連接牽引變壓器的α相供電臂；所述α相換流器橋臂的一端通過直流正母線連接一電容的一端，另一端通過直流負母線連接另一電容的一端；所述兩電容的另一端串接，且所述兩電容的中點作為中性點；所述中性點通過一電抗器(L_O)連接牽引供電中性線；所述直流正母線和負母線同時連接一β相換流器橋臂，所述β相換流器橋臂通過一電抗器(L_B)連接所述牽引變壓器的β相供電臂；所述牽引供電中性線與α或β相換流器橋臂構成的單相電路連接到所述牽引供電中性線與α或β相供電臂構成的單相電路，通過調節所述α或β相換流器橋臂的輸出電壓的幅值和相位，調控流經所述電抗器(L_A)或(L_B)的電流，對所述α或β相供電臂進行動態功率補償和濾除諧波。

所述α、β相換流器橋臂分別包括四電力電子器件閥組和兩功率二極管閥組，由四所述電力電子器件閥組構成的串聯電路一的兩端分別連接所述直流正母線P和負母線N，第二、三所述電力電子器件閥組之間的導線上一點分別通過所述電抗器(L_A)或(L_B)連接所述牽引變壓器的α或β相供電臂；第二、三所述電力電子器件閥組兩端并聯由所述兩功率二極管閥組構成的串聯電路二，所述兩功率二極管閥組之間通過導線連接所述中性點。

所述α、β相換流器橋臂中的每一所述電力電子器件閥組分別由若干個可關斷電力電子器件串聯組成，且每一所述電力電子器件同步開通和關斷。

所述α、β相換流器橋臂中的每一功率二極管閥組由若干個功率二極管串聯組成，且每一所述功率二極管同步導通和截止。