專利名稱：一種Vv接線牽引變電所異相與同相兼容綜合補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣化鐵路牽引供電、電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償領(lǐng)域，特別涉及一種Vv接線 牽引變電所異相與同相兼容綜合補(bǔ)償系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于電力牽引具有節(jié)能、節(jié)地、低碳、環(huán)保等優(yōu)越性，作為現(xiàn)代化運(yùn)輸方式 的電氣化鐵路，在鐵路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中占有越來(lái)越重要的地位。截至2011年底，全國(guó)鐵路營(yíng) 業(yè)里程已達(dá)9. 3萬(wàn)公里，其中電氣化鐵路約占二分之一，并承擔(dān)鐵路總運(yùn)量的80%以上。根 據(jù)規(guī)劃，2020年全國(guó)鐵路營(yíng)運(yùn)里程將提高到12萬(wàn)公里以上，其中鐵路網(wǎng)的電氣化率將提高 至60%以上。
普速電氣化鐵路、高速鐵路客運(yùn)專線以及貨運(yùn)重載鐵路等多種類型電氣化鐵路陸 續(xù)開(kāi)通的同時(shí)，電氣化鐵路用電負(fù)荷迅速增加，其用電均是通過(guò)沿線的牽引變電所從IlOkV 或220kV公共電網(wǎng)取電，一般每隔40-50公里設(shè)置一座牽引變電所，通過(guò)牽引變電所內(nèi)的牽 引變壓器把IlOkV或220kV電能轉(zhuǎn)換成27. 5kV或2X27. 5kV電能向鐵路牽引網(wǎng)供電。牽 引變壓器的接線方式有YNdll接線、Vv接線、Scott接線、Vx接線、十字交叉接線、阻抗匹配 平衡接線等形式，其中以Vv接線牽引變壓器較為常見(jiàn)。
根據(jù)電氣化鐵路采用的電力機(jī)車(chē)的不同類型，其負(fù)荷特性不同，對(duì)外部電網(wǎng)的電 能質(zhì)量影響也不同?；诰чl管相控整流和直流牽引電機(jī)的交-直型電力機(jī)車(chē)，其功率因 數(shù)低，諧波含量高，因此牽引變電所設(shè)置并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，兼顧濾除部分諧波，目前已不 再生產(chǎn)交-直型電力機(jī)車(chē)，但保有量大，因此將在相當(dāng)一個(gè)時(shí)期內(nèi)一直存在。高速鐵路客運(yùn) 專線采用的基于GTO、IGBT, IGCT等全控性器件的大功率交-直-交型動(dòng)車(chē)組，其核心是多 組四象限PWM控制和多重化控制的牽引變流器，在實(shí)際運(yùn)行中諧波含量小，功率因數(shù)接近 1，無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償。貨運(yùn)重載鐵路有的采用交-直型貨運(yùn)電力機(jī)車(chē)進(jìn)行多機(jī)牽引，也有的采 用大功率貨運(yùn)交-直-交型電力機(jī)車(chē)進(jìn)行多機(jī)牽引。向交-直-交型電力機(jī)車(chē)或動(dòng)車(chē)組供 電的牽引變電所內(nèi)一般不再設(shè)置并聯(lián)電容無(wú)功補(bǔ)償裝置。但是不論何種類型的電力機(jī)車(chē)或 動(dòng)車(chē)組，均為單相用電負(fù)荷，其在二相公共電網(wǎng)中都將廣生負(fù)序影響。尤其是交_直-交型 電力機(jī)車(chē)或動(dòng)車(chē)組運(yùn)行速度高，功率大，大編組運(yùn)行的單列額定功率將達(dá)25MW，大于或接近 普速鐵路I座牽引變電所的容量。這些大量開(kāi)行的大功率單相負(fù)荷對(duì)三相電網(wǎng)造成嚴(yán)重的 負(fù)序問(wèn)題愈發(fā)突出，目前除了牽引變電所的換相連接之外，尚未采取有效措施。
另外，對(duì)電力機(jī)車(chē)或動(dòng)車(chē)組這種單相移動(dòng)負(fù)荷而言，牽引變電所實(shí)質(zhì)上采用的卻 是三相變兩相的異相供電模式，造成列車(chē)必須每隔20公里左右就必須經(jīng)過(guò)一段無(wú)電區(qū)以 實(shí)現(xiàn)換相，稱為過(guò)分相。在過(guò)分相時(shí)列車(chē)速度損失大，同時(shí)還易常造成拉弧、過(guò)電壓、引起變 電所跳閘、列車(chē)坡停等事故，過(guò)分相成為整個(gè)電氣化鐵路牽引供電的瓶頸。
研究一種可靠的牽引變電所綜合補(bǔ)償系統(tǒng)，適用于我國(guó)電氣化鐵路中常見(jiàn)的Vv 接線牽引變電所，既可兼容現(xiàn)有的異相運(yùn)行模式，有效解決大容量單相負(fù)荷所帶來(lái)的負(fù)序 以及無(wú)功、諧波等電能質(zhì)量問(wèn)題，也可實(shí)現(xiàn)同相運(yùn)行模式(三相-單相供電模式)，即在異相運(yùn)行模式下解決負(fù)序以及無(wú)功、諧波等電能質(zhì)量問(wèn)題的基礎(chǔ)上，可以方便地發(fā)展轉(zhuǎn)換為同相運(yùn)行模式，從而避免列車(chē)過(guò)分相，無(wú)疑是一種較理想的綜合解決方案，具有較高的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，具有相當(dāng)廣闊的市場(chǎng)前景。發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是，提供一種Vv接線牽引變電所異相與同相兼容綜合補(bǔ)償系統(tǒng)，適用于我國(guó)電氣化鐵路中常見(jiàn)的Vv接線牽引變電所，可兼容現(xiàn)有的異相運(yùn)行模式和新的同相運(yùn)行模式，既能完備地解決負(fù)序以及無(wú)功、諧波等電能質(zhì)量問(wèn)題，又能在同相模式下解決一直困擾普速、高速、重載鐵路的過(guò)分相問(wèn)題。。
本發(fā)明的目的是通過(guò)如下的手段實(shí)現(xiàn)的。
一種Vv接線牽引變電所異相與同相兼容綜合補(bǔ)償系統(tǒng)，由Vv牽引變壓器和附屬補(bǔ)償機(jī)構(gòu)組成。在牽引變電器次邊，超前(Tl-N)相、滯后(T2-N)相均向牽引負(fù)載供電；直流側(cè)背靠背的第一靜止無(wú)功發(fā)生器SVGl和第二靜止無(wú)功發(fā)生器SVG2的交流側(cè)分別連接Vv 牽引變壓器的超前(Tl-N)相和滯后(T2-N)相。
由此，構(gòu)成異相與同相結(jié)構(gòu)兼容且易于由異相模式發(fā)展轉(zhuǎn)換為同相模式的綜合補(bǔ)償系統(tǒng)，以產(chǎn)生與牽引負(fù)荷相反的負(fù)序潮流，并通過(guò)合理控制，兼顧無(wú)功補(bǔ)償、諧波治理。
基于兩端口 T-N背靠背SVG的牽引變電所異相與同相兼容供電綜合補(bǔ)償系統(tǒng)，其組成為在Vv牽引變壓器二次側(cè)二個(gè)端口之間加裝由二個(gè)直流側(cè)背靠背的SVG，以傳遞有功功率實(shí)現(xiàn)兩臂負(fù)荷平衡并負(fù)責(zé)各自端口的無(wú)功補(bǔ)償、諧波治理，在向牽引網(wǎng)供電時(shí)可以采用異相模式，即牽引變電所次邊的二個(gè)供電臂電壓相位不同，也可以采用同相模式，即次邊的二個(gè)供電臂電壓相位完全相同，取消牽引變電所出口處的電分相。在Vv牽引變壓器二次側(cè)二個(gè)端口分別接入固定電感器、固定電容器，在同等補(bǔ)償能力下可降低背靠背SVG的容量，從而減少綜合補(bǔ)償系統(tǒng)的成本，這種方式利用了有源設(shè)備和無(wú)源設(shè)備，稱為混合補(bǔ) m\-ΖΧ ο
基于混合補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)的Vv接線牽引變電所異相與同相兼容綜合補(bǔ)償系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如圖1(異相)、圖2(同相)所示，其中Tl-N相為超前相，T2-N相為滯后相。第一靜止無(wú)功發(fā)生器SVGl、電感FL并聯(lián)在Vv牽引變壓器的Tl-N相，第二靜止無(wú)功發(fā)生器SVG2、電容FC并聯(lián)在T2-N相，并將第一靜止無(wú)功發(fā)生器SVGl和第二靜止無(wú)功發(fā)生器SVG2的直流側(cè)相連， 在異相運(yùn)行模式下Tl-N相、T2-N相均向牽引負(fù)載供電(圖1)，在同相運(yùn)行模式下僅由Tl-N 相向牽引負(fù)載供電(圖2)?；谌性丛O(shè)備(SVG)實(shí)現(xiàn)的Vv接線牽引變電所異相與同相兼容綜合補(bǔ)償系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)分別如圖3、圖4所示。
本發(fā)明的工作原理是
I) Vv牽引變電所采用Vv接線的牽引變壓器，Vv牽引變壓器由二臺(tái)三繞組單相變壓器組合而成，這二臺(tái)單相變壓器高壓繞組V接， 次邊繞組的中點(diǎn)均接于軌地。
2)當(dāng)這種綜合補(bǔ)償系統(tǒng)工作于異相模式時(shí)，超前(Tl-N)相、滯后(T2-N)相上并接的電感FL、電容FC在原邊電力系統(tǒng)產(chǎn)生固定負(fù)序潮流，其負(fù)序潮流在趨勢(shì)上直接削減了超前(Tl-N)相、滯后(T2-N)相牽引負(fù)荷所產(chǎn)生的負(fù)序潮流，在設(shè)備容量的選擇上根據(jù)固定電感FL、固定電容FC以及牽引負(fù)荷的無(wú)功功率。但僅憑固定電感FL、固定電容FC的補(bǔ)償是不足以實(shí)時(shí)補(bǔ)償兩相時(shí)變牽引負(fù)載所產(chǎn)生的負(fù)序潮流，利用第一靜止無(wú)功發(fā)生器SVGl和第二靜止無(wú)功發(fā)生器SVG2各自產(chǎn)生的無(wú)功功率和直流側(cè)背靠背SVG傳輸?shù)囊欢康挠泄?功率，在平衡超前(Tl-N)相、滯后(T2-N)相牽引負(fù)荷之同時(shí)，實(shí)現(xiàn)負(fù)序潮流的完備補(bǔ)償，并 提高牽引變電所原有的功率因數(shù)。在沒(méi)有牽引負(fù)荷的情況下，第一靜止無(wú)功發(fā)生器SVGl和 第二靜止無(wú)功發(fā)生器SVG2分別在超前(Tl-N)相、滯后(T2-N)相產(chǎn)生相應(yīng)的無(wú)功來(lái)抵消固 定電感FL、固定電容FC的無(wú)功功率，其中，背靠背SVG可雙向傳輸有功功率，背靠背SVG的 第一靜止無(wú)功發(fā)生器SVGl和第二靜止無(wú)功發(fā)生器SVG2在交流側(cè)產(chǎn)生的無(wú)功既可以是容性 的，也可以是感性的，背靠背SVG的第一靜止無(wú)功發(fā)生器SVGl和第二靜止無(wú)功發(fā)生器SVG2 在交流側(cè)產(chǎn)生與相關(guān)端口負(fù)荷諧波相反的諧波潮流，即可進(jìn)行牽引負(fù)荷的諧波治理。
3)在第一靜止無(wú)功發(fā)生器SVG1、電感FL、第二靜止無(wú)功發(fā)生器SVG2、電容FC等補(bǔ) 償裝置容量足夠的情況下，這種綜合補(bǔ)償系統(tǒng)也可用于同相供電模式。
4)由于可引入價(jià)廉的固定電感FL和固定電容FC的無(wú)源補(bǔ)償部分，降低昂貴的背 靠背SVG有源部分的容量，因此，這種混合式補(bǔ)償能使得整個(gè)綜合補(bǔ)償系統(tǒng)的成本得到有 效降低。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)的有益效果是
I)能兼顧異相、同相供電模式，具有較高的運(yùn)行靈活性。其中同相供電模式不但解 決了負(fù)序以及無(wú)功、諧波等電能質(zhì)量問(wèn)題，也解決了電氣化鐵路電分相及其可能引發(fā)的過(guò) 電壓、變電所跳閘等潛在的各種問(wèn)題和事故，減小列車(chē)的速度損失，對(duì)電氣化鐵路本身的運(yùn) 行和電力部門(mén)都是有益的，實(shí)現(xiàn)和諧發(fā)展。
2 )基于混合補(bǔ)償原理,充分利用價(jià)廉的的固定電感器FL和固定電容器FC,有利于 減少昂貴的有源(SVG)設(shè)備容量，降低造價(jià)。
3 )補(bǔ)償設(shè)備均接于牽弓I側(cè)端口，便于充分利用主變?nèi)萘亢凸╇娔芰Α?br> 4)依靠?jī)蓚€(gè)直流側(cè)背靠背SVG傳輸有功、并在各自的端口發(fā)出無(wú)功，與固定補(bǔ)償 FL、FC的無(wú)功疊加后，能使各種負(fù)荷狀態(tài)下的負(fù)序均得到完備補(bǔ)償，還可進(jìn)行諧波治理，實(shí) 際運(yùn)行中損耗少，控制性能優(yōu)異。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例在電氣化鐵路Vv牽引變電所基于有源設(shè)備(SVG)和無(wú)源設(shè) 備(FC、FL)混合補(bǔ)償原理進(jìn)行異相綜合補(bǔ)償?shù)脑硎疽鈭D。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例在電氣化鐵路Vv牽引變電所基于有源設(shè)備(SVG)和無(wú)源設(shè) 備(FC、FL)混合補(bǔ)償原理進(jìn)行同相綜合補(bǔ)償?shù)脑硎疽鈭D。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例在電氣化鐵路Vv牽引變電所基于有源設(shè)備(SVG)進(jìn)行異相 綜合補(bǔ)償?shù)脑硎疽鈭D。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例在電氣化鐵路Vv牽引變電所基于有源設(shè)備(SVG)進(jìn)行同相 綜合補(bǔ)償?shù)脑硎疽鈭D。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例1至實(shí)施例6中直流側(cè)相連的第一靜止無(wú)功發(fā)生器SVGl和 第二靜止無(wú)功發(fā)生器SVG2 (背靠背SVG)的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖1示出，本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，為一種電氣化鐵路Vv牽引變電所基于混 合補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)異相與同相兼容綜合補(bǔ)償系統(tǒng)的異相運(yùn)行模式。其組成為在牽引變電所次 邊，超前(Tl-N)相、滯后(T2-N)相均向牽引負(fù)載供電，電感FL連接在Vv牽引變壓器的超 前(Tl-N)相，電容FC連接在滯后(T2-N)相，直流側(cè)相連的第一靜止無(wú)功發(fā)生器SVGl和第 二靜止無(wú)功發(fā)生器SVG2交流側(cè)分別連接在Vv牽引變壓器的超前(Tl-N)相和滯后(T2-N) 相，產(chǎn)生與牽引負(fù)荷相反的負(fù)序潮流。通過(guò)合理控制，兼顧無(wú)功補(bǔ)償、諧波治理。通過(guò)引入 無(wú)源設(shè)備，降低造價(jià)。
實(shí)施例2
圖2示出本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，為一種電氣化鐵路Vv牽引變電所基于混合 補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)異相與同相兼容綜合補(bǔ)償系統(tǒng)的同相運(yùn)行模式。其組成為在牽引變電所次邊， 僅由超前(Tl-N)相向牽引負(fù)載供電，電感FL連接在Vv牽引變壓器的超前(Tl-N)相，電容 FC連接在滯后(T2-N)相，直流側(cè)相連的第一靜止無(wú)功發(fā)生器SVGl和第二靜止無(wú)功發(fā)生器 SVG2交流側(cè)分別連接在Vv牽引變壓器的超前(Tl-N)相和滯后(T2-N)相，產(chǎn)生與牽引負(fù)荷 相反的負(fù)序潮流。通過(guò)合理控制，兼顧無(wú)功補(bǔ)償、諧波治理。通過(guò)引入無(wú)源設(shè)備，降低造價(jià)。
實(shí)施例3
圖3示出，本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，為一種電氣化鐵路Vv牽引變電所基于全 有源設(shè)備(SVG)實(shí)現(xiàn)異相與同相兼容的綜合補(bǔ)償系統(tǒng)的異相運(yùn)行模式。其組成為在牽 引變電所次邊，超前(Tl-N)相、滯后(T2-N)相均向牽引負(fù)載供電，直流側(cè)相連的第一靜止 無(wú)功發(fā)生器SVGl和第二靜止無(wú)功發(fā)生器SVG2交流側(cè)分別連接在Vv牽引變壓器的超前 (Tl-N)相和滯后(T2-N)相，產(chǎn)生與牽引負(fù)荷相反的負(fù)序潮流。通過(guò)合理控制，兼顧無(wú)功補(bǔ) 償、諧波治理。
實(shí)施例4
圖4示出，本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，為一種電氣化鐵路Vv牽引變電所基于全 有源設(shè)備(SVG)實(shí)現(xiàn)異相與同相兼容的綜合補(bǔ)償系統(tǒng)的同相運(yùn)行模式。其組成為在牽 引變電所次邊，僅由超前(Tl-N)相向牽引負(fù)載供電，電感FL連接在Vv牽引變壓器的超前 (Tl-N)相，電容FC連接在滯后(T2-N)相，直流側(cè)相連的第一靜止無(wú)功發(fā)生器SVGl和第二 靜止無(wú)功發(fā)生器SVG2交流側(cè)分別連接在Vv牽引變壓器的超前(Tl-N)相和滯后(T2-N)相， 產(chǎn)生與牽引負(fù)荷相反的負(fù)序潮流。通過(guò)合理控制，兼顧無(wú)功補(bǔ)償、諧波治理。
實(shí)施例1至例4中，第一靜止無(wú)功發(fā)生器SVGl和第二靜止無(wú)功發(fā)生器SVG2構(gòu)成 背靠背形式，如圖5示出，二者均由隔離變壓器和大功率開(kāi)關(guān)器件(例如集成門(mén)極換向晶閘 管IGCT或絕緣柵雙極性晶體管IGBT)構(gòu)成的單相四象限運(yùn)行的變流器組成，變流器I和變 流器2的直流側(cè)通過(guò)儲(chǔ)能電容C相連接，變流器I和變流器2的交流側(cè)分別經(jīng)隔離變壓器 Gl和隔離變壓器G2接入Vv牽引變壓器二次側(cè)的超前(Tl-N)相和滯后(T2-N)相，上層控 制器M控制其運(yùn)行。根據(jù)變流器的主電路結(jié)構(gòu)，也可不通過(guò)隔離變壓器而通過(guò)交流電抗器， 接入Vv牽引變壓器的二次側(cè)。
權(quán)利要求
1.ー種Vv接線牽引變電所異相與同相兼容綜合補(bǔ)償系統(tǒng)，由Vv牽引變壓器和附屬補(bǔ)償機(jī)構(gòu)組成，其特征在于在牽引變電器次邊，超前(Tl-N)相、滯后(T2-N)相均向牽引負(fù)載供電；直流側(cè)背靠背的第一靜止無(wú)功發(fā)生器SVGl和第二靜止無(wú)功發(fā)生器SVG2的交流側(cè)分別連接Vv牽引變壓器的超前(Tl-N)相和滯后(T2-N)相，構(gòu)成異相與同相結(jié)構(gòu)兼容且易于由異相模式發(fā)展轉(zhuǎn)換為同相模式的綜合補(bǔ)償系統(tǒng)，以產(chǎn)生與牽引負(fù)荷相反的負(fù)序潮流，并通過(guò)合理控制，兼顧無(wú)功補(bǔ)償、諧波治理。
2.如權(quán)利要求1所述的ー種Vv接線牽引變電所異相與同相兼容綜合補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于可將固定電感FL和固定電容F分別并聯(lián)在Vv牽引變壓器的超前(Tl-N)相和滯后(T2-N)相，以減少第一靜止無(wú)功發(fā)生器SVGl和第二靜止無(wú)功發(fā)生器SVG2的容量。
3.如權(quán)利要求1所述的ー種Vv接線牽引變電所異相與同相兼容綜合補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于所述第一靜止無(wú)功發(fā)生器SVGl和第二靜止無(wú)功發(fā)生器SVG2為大功率開(kāi)關(guān)器件組成的單相變流器，通過(guò)直流儲(chǔ)能電容C組成背靠背形式。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種Vv接線牽引變電所異相與同相兼容綜合補(bǔ)償系統(tǒng)在牽引變電所次邊，超前(T1-N)相、滯后(T2-N)相均向牽引負(fù)載供電；直流側(cè)背靠背的第一靜止無(wú)功發(fā)生器SVG1和第二靜止無(wú)功發(fā)生器SVG2的交流側(cè)分別連接Vv牽引變壓器的超前(T1-N)相和滯后(T2-N)相，構(gòu)成異相與同相結(jié)構(gòu)兼容且易于由異相模式發(fā)展轉(zhuǎn)換為同相模式的綜合補(bǔ)償系統(tǒng)，以產(chǎn)生與牽引負(fù)荷相反的負(fù)序潮流，并通過(guò)合理控制，兼顧無(wú)功補(bǔ)償、諧波治理。該系統(tǒng)運(yùn)用靈活，易于實(shí)現(xiàn)同相供電，以取消牽引變電所出口處的電分相，消除供電瓶頸。
文檔編號(hào)H02J3/18GK103036242SQ20121058731
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月30日
發(fā)明者李群湛, 郭鍇, 易東, 景德炎, 周福林, 解紹鋒, 陳民武, 舒澤亮, 賀建閩, 張麗艷, 劉煒, 郭蕾, 馬慶安, 李子晗, 余俊祥, 張麗, 高師湃 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)