[實用新型]一種具有無功補償功能的能饋式牽引供電裝置

有效

• 申請號: 201020676378.0
• 申請日: 2010-12-23
• 公開（公告）號: CN201878038U
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: 張鋼;劉志剛;刁利軍;王磊;全恒立;林文立;阮白水;牟富強;梅櫻;孫大南;陳杰;王夢婭
• 申請（專利權）人: 北京交通大學;北京千駟馭電氣有限公司
• 主分類號: H02M7/72
• 分類號: H02M7/72;H02J3/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種城市軌道交通牽引供電裝置及控制方法，尤其指采用大功率雙向變流器，能夠同時滿足列車的牽引供電、再生制動能量吸收，并具有交流中壓電網無功補償功能的牽引供電裝置及控制方法。

背景技術

城市軌道交通可以緩解城市交通日益擁堵的現狀，降低化石燃料的消耗，減少汽車尾氣對空氣的污染，實現節能減排，促進城市可持續發展。

當前城市軌道交通牽引供電仍采用基于二極管的供電裝置。其特點是結構簡單、成本較低，但是直流電壓不可控，波動范圍大，不利于列車性能的發揮；同時，能量只能單向傳輸，列車再生制動的多余能量不能回饋交流電網，需用制動電阻消耗掉，造成能量的白白浪費。此外，制動電阻發熱還會導致隧道溫度升高，增加環控系統的負擔，造成能源的再消耗。利用大功率電力電子功率變換技術，研制一種具有能量回饋功能的牽引供電裝置是城市軌道交通牽引供電未來發展趨勢。

眾所周知，無功在供電網絡中傳輸，不僅會帶來有功功率損耗，而且會造成電壓損失，影響電能傳輸容量和質量。為此，電力企業會對客戶端的功率因數進行考核，功率因數低于最低限值的用戶會面臨處罰。對于城市軌道牽引供電系統，白天高峰時段用電負荷大，電纜等效電容產生的無功所占總功率的比重相對較小，主變電站功率因數能維持0.9以上；但在非高峰時段或夜間休車時段，地鐵用電負荷很小，不到高峰時段的1/10。大量電纜的等效電容產生的無功使得主變電站功率因數大大降低，嚴重時功率因數僅有0.4左右，大大低于電力企業規定的功率因數限值，因此迫切需要進行無功補償。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是克服現有牽引供電裝置直流電壓波動范圍大、制動能量不能回饋的不足，提供一種能夠將制動能量回饋交流電網，同時還具有一定無功補償能力的能饋式牽引供電裝置及控制方法。

本實用新型解決其技術問題的技術方案如下：

一種具有無功補償功能的能饋式牽引供電裝置，其特殊之處在于它包括：

一臺雙分裂變壓器，該變壓器由一個原邊繞組和兩個副邊分裂繞組組成，原邊繞組接交流中壓電網，采用星形連接，每個副邊繞組連接一臺大功率雙向變流器，各副邊繞組的連接方式相同，均采用三角形連接，變壓器副邊繞組具有較大的漏感，用于替代雙向變流器交流側濾波電感，減小系統體積。

第一臺、第二臺大功率雙向變流器的直流輸出側串聯連接，以獲得較高的直流輸出電壓。直流濾波電感串接在第一臺大功率雙向變流器的直流正端輸出與直流接觸網之間。第二臺大功率雙向變流器的直流負端輸出接鋼軌。

一個中央控制器，其通過CAN網絡與第一和第二大功率雙向變流器互聯。

一種具有無功補償功能的能饋式牽引供電裝置的控制方法，該控制方法采用分層控制，中央控制器負責有功電流指令和無功電流指令的計算，第一臺和第二臺大功率雙向變流器根據有功電流指令和無功電流指令分別對各自交流電流進行閉環控。

有功電流指令的計算是通過檢測直流接觸網電壓，并進行PI閉環控制得到。

無功電流指令計算式為：

iq*=-0.5·Q1.5Ed]]>

其中，Q為中央控制器接收的來自SCADA的主變電站進線處的無功功率值，E_d為變壓器二次側電壓轉換到同步旋轉坐標系下的值。

第一和第二大功率雙向變流器交流電流閉環控制方法采用基于同步旋轉坐標系的電流解耦控制，實現對有功和無功的獨立控制。

所述基于同步旋轉坐標系的電流解耦控制，采用下列步驟：

a，檢測變壓器原邊電壓互感器輸出的兩相交流電壓，并進行鎖相，得到電網電壓同步角。

b，分別檢測第一和第二大功率雙向變流器的兩相交流電流，并利用坐標變換轉換到同步旋轉坐標系，然后再根據有功電流指令和無功電流指令分別對d軸電流和q軸電流進行PI控制。

c，將d、q軸PI控制的輸出用于空間矢量脈寬調制，產生六路驅動脈沖。

本實用新型與現有技術相比，具有的優點是：(將下述三段合并描述)