[發(fā)明專利]一種虛擬同相供電系統(tǒng)及供電方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810536902.5
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108767875B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊成林;雷海;楊皓;黃路;宋智威;馮曉云;王嵩
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/26;H02J3/18;H02J3/01;H02J7/14;H02J3/32
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司 51200
• 代理人: 王沙沙

本發(fā)明公開了一種虛擬同相供電系統(tǒng)及供電方法，包括設(shè)置在牽引變電所內(nèi)的鐵路電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器；鐵路電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器一端連接A相供電臂，另一端連接B相供電臂；還包括多個電池儲能模塊，電池儲能模塊一端與級聯(lián)H橋地面過電分相裝置連接，另一端連接鐵路電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器；級聯(lián)H橋地面過電分相裝置連接中性段；本發(fā)明通過鐵路電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器與基于電池儲能級聯(lián)多電平地面過電分相裝置的有效配合，實現(xiàn)對列車而言的貫通供電并解決鐵路牽引供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題，并可以大大降低現(xiàn)有基于鐵路電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器同相供電系統(tǒng)中電力電子裝置的容量，節(jié)約成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鐵路牽引供電系統(tǒng)，具體涉及一種虛擬同相供電系統(tǒng)及供電方法。

背景技術(shù)

單相工頻牽引供電系統(tǒng)由牽引變電所和牽引供電網(wǎng)構(gòu)成，牽引變電所將電力系統(tǒng)的三相110kV或220kV供電通過牽引變壓器降壓成27.5kV，再供給牽引網(wǎng)，如圖1所示。根據(jù)變電所供電能力的大小、接觸網(wǎng)架設(shè)環(huán)境以及電磁兼容要求等條件，交流牽引供電系統(tǒng)可以采用不同的供電方式；傳統(tǒng)的牽引接觸網(wǎng)供電方式有直接供電方式、吸流變壓器(Booster-Transformer，BT)供電方式和并聯(lián)自耦變壓器(Auto-Transformer，AT)供電方式；其中，AT供電方式和直接供電方式(尤其是加回流線的直接供電方式)的很多特點更能滿足電力牽引的要求。

由于電力機車為單相負(fù)載并且普遍采用電力電子裝置，因此工頻單相牽引供電系統(tǒng)普遍存在無功、負(fù)序、諧波等問題；為了解決這些問題，研究人員提出了各種方法，其中鐵路電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(Railway Power Conditioner，RPC)是其中比較有效的手段；RPC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，RPC采用兩個電壓源變流器，通過共用直流側(cè)電容形成背靠背結(jié)構(gòu)，兩個電壓源變流器的交流側(cè)通過變壓器分別并聯(lián)接入兩供電臂；通過背靠背變流裝置，可以在兩供電臂之間轉(zhuǎn)移有功功率，并分別獨立補償無功功率和有源濾波，使得兩供電臂負(fù)荷實時平衡，從而消除負(fù)序電流，并實現(xiàn)無功補償和有源濾波；2002年日本研制成功應(yīng)用于Scott牽引變壓器的20MVA/60kV的RPC系統(tǒng)，并在新干線投入運行；運行效果表明，RPC能有效抑制牽引供電系統(tǒng)電壓波動、減少三相電壓不平衡，并具有無功補償和有源諧波功能；但是RPC不能消除變電所內(nèi)部存在的電分相，仍然需要采取相應(yīng)的措施確保列車安全通過電分相。

我國學(xué)者提出了利用平衡變壓器并結(jié)合有源濾波器，實現(xiàn)了同相供電；理論上可以證明最節(jié)省對稱補償容量的技術(shù)方案是采用平衡變壓器和有功補償裝置(Active PowerCompensator，APC)，如圖3所示，它能取消牽引變電所出口處的電分相；該系統(tǒng)利用APC裝置實現(xiàn)了牽引變壓器電流平衡、無功補償和濾除負(fù)載諧波的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)同一牽引變電所內(nèi)兩個牽引供電臂電壓的同相位，從而消除變電所內(nèi)部的電分相；該系統(tǒng)已經(jīng)在我國眉山供電段得到了應(yīng)用，但該方案中相鄰兩個變電所之間的電分相依然存在；另外，我國牽引變電所兩橋臂電壓相差π/3或者π/2，采用APC進(jìn)行補償時，其額定容量為牽引供電臂的容量，存在造價高的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種能有效抑制牽引供電系統(tǒng)電壓波動、減少三相電壓不平衡、實現(xiàn)無功補償和有源諧波功能，同時又能實現(xiàn)對列車而言的貫通式供電的虛擬同相供電系統(tǒng)及供電方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種虛擬同相供電系統(tǒng)，包括設(shè)置在牽引變電所內(nèi)的鐵路電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器；鐵路電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器一端連接A相供電臂，另一端連接B相供電臂；還包括多個電池儲能模塊，電池儲能模塊分別與級聯(lián)H橋地面過電分相裝置、鐵路電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器；電池儲能模塊與級聯(lián)H橋地面過電分相裝置中級聯(lián)H橋逆變器的級聯(lián)H橋子模塊的支撐電容并聯(lián)，電池儲能模塊與鐵路電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的中間支撐電容并聯(lián)。級聯(lián)H橋地面過電分相裝置連接中性段。

進(jìn)一步的，所述級聯(lián)H橋地面過電分相裝置包括級聯(lián)H橋逆變器，級聯(lián)H橋逆變器包括多個級聯(lián)H橋子模塊HB。

進(jìn)一步的，所述鐵路電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器為模塊化電力電子裝置的鐵路電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。