專利名稱：一種電氣化鐵路三相功率補償器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電氣化鐵路三相功率補償器，屬于電氣自動化設備技術領域。
背景技術：
電氣化鐵路的供電方式是在鐵路沿線建立若干個牽引變電站，經(jīng)牽引變壓器降為單相 27. 5kV或55kV后通過牽引網(wǎng)向電力機車供電。電力機車采用25kV單相工頻交流電壓， 經(jīng)全波整流后驅動直流牽引電動機，在架空接觸導線和鋼軌之間行駛。電力機車是一種大 功率單相整流牽引負荷，其供電和驅動方式?jīng)Q定它具有以下特點
a) 不對稱性，產(chǎn)生負序電流，引起電網(wǎng)三相不平衡；
b) 非線性，產(chǎn)生諧波，注入諧波電流，引起電壓波形畸變；
c) 沖擊性負荷，引起系統(tǒng)電壓波動；
d) 功率因數(shù)低， 一般在0.75左右。而且所需要的無功功率動態(tài)變化。 電鐵所帶來的電能質量問題，對電網(wǎng)及電網(wǎng)其他用戶、包括電鐵自身都產(chǎn)生了不利影響。
目前鐵路牽引供電系統(tǒng)動態(tài)無功補償?shù)闹饕侄问窃诠╇姳凵习惭b晶閘管控制電抗 器(TCR)型的靜止無功補償器(SVC)。但是，TCR型在鐵路的應用存在很大的局限性。 該產(chǎn)品在單相系統(tǒng)的應用，能夠解決功率因數(shù)問題和部分諧波問題，但是，對于電力機車 的瞬時沖擊性的跟蹤性能不佳，而對于三相不平衡問題則不能起到作用。采用兩相有源逆 變器背靠背連接的功率控制器是另一種補償方式，但該方式由于有一側需要采用逆變器的
并聯(lián)連接，等效開關頻率不高，對諧波的補償不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種電氣化鐵路三相功率補償器，克服現(xiàn)有技術之不足，以解決 電氣化鐵路固有的動態(tài)無功、諧波、功率因數(shù)和負荷不平衡的補償問題。
本發(fā)明提出的電氣化鐵路三相功率補償器，包括一臺三相隔離變壓器、三臺連接電抗 器和三臺單相鏈式換流器；所述的三相隔離變壓器的原邊采用三角形接線方式，三相隔離 變壓器的三相出線端連接到電氣化鐵路的兩相供電臂，三個副邊繞組的同名端分別連接到 所述的三臺連接電抗器的一端，三臺連接電抗器的另一端分別連接到所述的三臺單相鏈式 換流器的一個交流輸出端，三臺單相鏈式換流器的另一個交流輸出端并接到一起后連接到 所述的三相隔離變壓器的三個副邊繞組的三個非同名端。
本發(fā)明提出的電氣化鐵路三相功率補償器，其優(yōu)點是該三相功率補償器采用了三相 鏈式換流器通過隔離變壓器實現(xiàn)三角形的連接，除可以實現(xiàn)動態(tài)無功的快速補償外，還可以實現(xiàn)鐵路負載不平衡負荷的補償；由于鏈式換流器等效開關頻率高，也可實現(xiàn)諧波濾波。 因此該發(fā)明可以有效地解決電氣化鐵路固有的動態(tài)無功、諧波、功率因數(shù)和負荷不平衡的 補償問題。


圖1為本發(fā)明提出的電氣化鐵路功率補償器的應用接入電路原理圖。 圖2為本發(fā)明的電氣化鐵路三相功率補償器的電路原理圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的電氣化鐵路功率補償器其電路原理圖如圖2所示，包括一臺三相隔離變 壓器1、三臺連接電抗器2及三臺單相鏈式換流器3。三相隔離變壓器1的原邊采用三角 形接線方式，三相出線端連接到電氣化鐵路的兩相供電臂，三個副邊繞組的同名端分別連 接到三臺連接電抗器2的一端，三臺連接電抗器2的另一端分別連接到三臺單相鏈式換流 器3的一個交流輸出端，三臺單相鏈式換流器3的另一個交流輸出端并接到一起后連接到 三相隔離變壓器1的三個副邊繞組的三個非同名端。 '
圖l是本發(fā)明的電氣化鐵路功率補償器的應用接入電路原理圖。如圖l所示，牽引變 電站從電網(wǎng)引入三相交流電源A、 B、 C，經(jīng)過兩臺單相變壓器T1和T2 (或其他變壓器降 壓方式)降壓形成兩個單相牽引交流電源TN相和MN相， 一般N極通過鐵軌接大地。TN 相和MN相分別為鐵路線上的若干臺牽引機車提供交流電源，而牽引機車工作時會產(chǎn)生無 功和諧波電流流入電網(wǎng)，另外由于是單相供電方式，流入電網(wǎng)的電流也是不平衡的。將本 發(fā)明的功率補償器連接到N、 T、 M三個電源端，實現(xiàn)動態(tài)無功、不平衡負荷及諧波電流的 補償。
如圖2所示，本發(fā)明采用三相功率補償器來實現(xiàn)動態(tài)無功、不平衡負荷及諧波電流的 補償。三相隔離變壓器(1)除實現(xiàn)隔離外也實現(xiàn)降壓，以便能采用合適的電壓等級的功 率半導體器件實現(xiàn)三臺單相鏈式換流器(3)。三相隔離變壓器(1)的原邊采用三角形連 接以便于實現(xiàn)不平衡負荷的補償，原邊三個接線端N、 T、 M分別接入牽引供電母線N、 T、 M。三相隔離變壓器(1)的三個副邊繞組的同名端一端分別連接到三臺連接電抗器(2) 的一端，三臺連接電抗器(2)的另一端分別連接到三臺單相鏈式換流器(3)的一個交流 輸出端，三臺單相鏈式換流器(3)的另一個交流輸出端并接到一起后連接到三相隔離變 壓器(1)的三個副邊繞組的三個非同名端。單相鏈式換流器由多個單相電壓源換流器的 交流輸出端串聯(lián)連接形成。
本發(fā)明的電氣化鐵路功率補償器中，三臺單相鏈式換流器(3)工作于無功補償方式， 其輸出電流可以實現(xiàn)分相獨立控制，相應地三相隔離變壓器(1)的原邊繞組電流也可以 實現(xiàn)分相獨立控制，因此可以根據(jù)不平衡負荷的電納補償原理實現(xiàn)牽引母線的不平衡負荷 補償。此外，由于單相鏈式換流器的等效開關頻率高，因此也可以實現(xiàn)多次諧波電流的補償。和采用兩相有源逆變器背靠背連接的功率控制器相比，兩者的成本相當，但本發(fā)明的 補償器諧波電流補償性能更高，且在不完全補償方式下運行時，本發(fā)明的補償器能獲得更 高的三相功率因數(shù)。
本發(fā)明的電氣化鐵路功率補償器中，連接電抗器(2)也可以采用三相隔離變壓器(1) 的漏抗實現(xiàn)。
本發(fā)明也可應用于其他類似的負荷補償場合(如交流電弧爐的不平衡補償)。任何基 于本發(fā)明電路所作的等效變換電路，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1、一種電氣化鐵路三相功率補償器，其特征在于包括一臺三相隔離變壓器、三臺連接電抗器和三臺單相鏈式換流器；所述的三相隔離變壓器的原邊采用三角形接線方式，三相隔離變壓器的三相出線端連接到電氣化鐵路的兩相供電臂，三個副邊繞組的同名端分別連接到所述的三臺連接電抗器的一端，三臺連接電抗器的另一端分別連接到所述的三臺單相鏈式換流器的一個交流輸出端，三臺單相鏈式換流器的另一個交流輸出端并接到一起后連接到所述的三相隔離變壓器的三個副邊繞組的三個非同名端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電氣化鐵路三相功率補償器，屬于電氣自動化設備技術領域。包括一臺三相隔離變壓器、三臺連接電抗器和三臺單相鏈式換流器。三相隔離變壓器的原邊采用三角形接線方式，三相隔離變壓器的三相出線端連接到電氣化鐵路的兩相供電臂，三個副邊繞組的同名端分別連接到所述的三臺連接電抗器的一端，三臺連接電抗器的另一端分別連接到三臺單相鏈式換流器的一個交流輸出端，三臺單相鏈式換流器的另一個交流輸出端并接到一起后連接到三相隔離變壓器的三個副邊繞組的三個非同名端。本發(fā)明可實現(xiàn)動態(tài)無功的快速補償外及鐵路負載不平衡負荷的補償，也可實現(xiàn)諧波濾波，有效解決了電氣化鐵路固有的動態(tài)無功、諧波、功率因數(shù)和負荷不平衡的補償問題。
文檔編號H02J3/18GK101478165SQ20091007732
公開日2009年7月8日 申請日期2009年2月17日 優(yōu)先權日2009年2月17日
發(fā)明者劉文華, 劉文輝, 強 宋, 張秀娟, 李建國, 趙香花, 陳遠華 申請人:清華大學;北京思源清能電氣電子有限公司