[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于電氣化鐵道無(wú)功與不對(duì)稱(chēng)補(bǔ)償?shù)娜龢虮垩a(bǔ)償裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310513026.1
• 申請(qǐng)日: 2013-10-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103515970A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳晉輝;張秀娟;劉定坤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京思源清能電氣電子有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02J3/18
• 分類(lèi)號(hào): H02J3/18;H02M7/483
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 劉朵朵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于電氣化鐵道的電力電子補(bǔ)償裝置，可用于電氣化鐵路負(fù)荷的無(wú)功和不對(duì)稱(chēng)補(bǔ)償，同時(shí)能夠?qū)Φ痛沃C波進(jìn)行治理，屬于電氣化鐵道供電領(lǐng)域，尤其涉及一種用于電氣化鐵道無(wú)功與不對(duì)稱(chēng)補(bǔ)償?shù)娜龢虮垩a(bǔ)償裝置。

背景技術(shù)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電氣化鐵路獲得了飛速發(fā)展，在給人們帶來(lái)了快捷、高效的交通同時(shí)，也帶來(lái)了嚴(yán)重電能質(zhì)量問(wèn)題。機(jī)車(chē)為單相供電負(fù)荷，電氣化鐵路牽引變電站也就多采用三相-兩相變壓器，包括VV變壓器、VX變壓器、Ynd11變壓器、SCOTT變壓器等，其原邊為三相110kV/220kV系統(tǒng)，副邊為兩個(gè)單相27.5kV系統(tǒng)。不同的牽引變壓器原副邊電壓和電流關(guān)系不同，在影響程度上略有區(qū)別，但引起的電能質(zhì)量問(wèn)題類(lèi)似。首先，電力機(jī)車(chē)牽引負(fù)荷為波動(dòng)性很大的單相負(fù)載，當(dāng)機(jī)車(chē)的工況改變時(shí)，會(huì)導(dǎo)致較大的負(fù)荷電流波動(dòng)，從而引起供電網(wǎng)電壓的波動(dòng)；其次，電鐵供電采用單相制式，會(huì)產(chǎn)生大量的負(fù)序電流；另外，傳統(tǒng)的相控整流式的機(jī)車(chē)（如韶山6型）會(huì)產(chǎn)生很大的諧波電流。電鐵負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的影響還可參看文獻(xiàn)中的相關(guān)部分。這些如不能在電鐵牽引變電站得到及時(shí)治理，將注入電力系統(tǒng)，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行并波及其他用戶。

針對(duì)牽引負(fù)荷存在的電能質(zhì)量問(wèn)題，目前的主要治理手段是在27.5kV側(cè)加裝固定電容器或TCR，該種方式采用晶閘管投切電容和電感以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，其存在占地面積大、損耗大（尤其在輕載時(shí)）等缺點(diǎn)；專(zhuān)利“用于電氣化鐵道無(wú)功功率補(bǔ)償與電能質(zhì)量控制的補(bǔ)償裝置”（申請(qǐng)?zhí)枮?00610089396.7）提出了一種先進(jìn)的補(bǔ)償方式，采用兩個(gè)背靠背連接的四橋臂動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方案，其兩個(gè)單相H橋分別接在兩供電臂，可分別補(bǔ)償各自橋臂的無(wú)功功率，同時(shí)通過(guò)公共的直流母線可進(jìn)行橋臂之間的有功交換，可直接補(bǔ)償負(fù)序。但因兩供電臂有一公共線路，所以?xún)蓡蜗鄻蛑兄辽儆幸粋€(gè)需要通過(guò)單相變壓器接入電網(wǎng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于電氣化鐵道無(wú)功與不對(duì)稱(chēng)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償裝置，解決現(xiàn)在的補(bǔ)償裝置存在占地面積大、損耗大，以及需要加載單相變壓器接入電網(wǎng)，增大成本的缺陷。

技術(shù)方案

一種用于電氣化鐵道無(wú)功與不對(duì)稱(chēng)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償裝置，其特征在于包括：

（1）三個(gè)共用直流母線的逆變器橋臂；（2）三個(gè)逆變器橋臂的交流出線通過(guò)連接電抗或者連接變壓器接到電力牽引網(wǎng)中，其中第一橋臂的交流出線連接于牽引電網(wǎng)的超前相上，第二橋臂的交流出線連接于牽引電網(wǎng)的滯后相上，第三橋臂的交流出線連接于牽引電網(wǎng)的回流線上；（3）裝置檢測(cè)和控制單元，用于對(duì)各信號(hào)進(jìn)行采集并分析，計(jì)算并控制裝置輸出補(bǔ)償電流。

所述三個(gè)逆變器橋臂通過(guò)包括連接電抗器或變壓器的并網(wǎng)單元接入牽引電網(wǎng)。

所述三個(gè)逆變器橋臂，為兩電平、三電平或多電平結(jié)構(gòu)、模塊化多電平變換器結(jié)構(gòu)中的任意一種。

所述三個(gè)逆變器橋臂，采用一個(gè)三相橋臂，或者采用多個(gè)三相橋臂并聯(lián)。

所述逆變器橋臂采用門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、絕緣柵雙極晶體管、集成門(mén)極換向晶閘管或電子注入增強(qiáng)柵晶體管組成全控型的電壓源逆變器。

所述三個(gè)逆變器橋臂的額定容量根據(jù)牽引變壓器的接線形式確定。

對(duì)于VV、YND11、VX接線形式的變壓器，超前相和滯后相相位差為60度，三個(gè)逆變器橋臂的額定容量相同。

對(duì)于SCOTT、阻抗匹配平衡變壓器接線形式的變壓器，超前相和滯后相相位差為90度，第一橋臂和第二橋臂的額定容量相同，第三橋臂的額定容量最小為第一橋臂的1.414倍。

所述裝置檢測(cè)和控制單元采用相間能量傳遞的方法計(jì)算補(bǔ)償參考電流從而進(jìn)行無(wú)功與不對(duì)稱(chēng)補(bǔ)償。

所述相間能量傳遞的方法為裝置檢測(cè)和控制單元分別采集電氣化鐵道兩供電臂的電流，根據(jù)牽引變壓器的原副邊電流的關(guān)系，得出對(duì)應(yīng)的原邊三相電流；同時(shí)根據(jù)原副邊關(guān)系，推導(dǎo)出副邊兩供電臂間能量傳遞與原邊三相系統(tǒng)無(wú)功和負(fù)序的關(guān)系，在對(duì)系統(tǒng)電流進(jìn)行分析計(jì)算后得到補(bǔ)償參考分量，然后利用兩供電臂間的能量傳遞原理得到副邊兩供電臂的補(bǔ)償參考電流，同時(shí)將兩參考電流之和取反作為公共線路的參考電流，即可得出整個(gè)裝置的補(bǔ)償參考電流。

有益效果

本發(fā)明采用三橋臂的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，具有公共的直流母線，可以輸出多種補(bǔ)償電流，除無(wú)功電流外，還可直接輸出負(fù)序電流和諧波電流，從而具有更高的性?xún)r(jià)比，而且可適應(yīng)于各種牽引變壓器，通過(guò)電抗器或變壓器接在供電臂上，應(yīng)用更靈活。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2是本發(fā)明的電路實(shí)現(xiàn)方式1兩電平結(jié)構(gòu)示意圖。