Lc耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質量綜合控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質量綜合控制系統(tǒng)，包括非對稱V/v牽引變壓器，非對稱V/v牽引變壓器的一次側與電網相連；非對稱V/v牽引變壓器二次側的超前相、滯后相分別與超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路相連；超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路分別與第一降壓變壓器的一次側、第二降壓變壓器的一次側相連，第一降壓變壓器的二次側、第二降壓變壓器的二次側分別與超前相逆變器、滯后相逆變器相連；超前相逆變器與滯后相逆變器經公共的直流電容背靠背連接。本發(fā)明采用兩個逆變器背靠背連接，能夠成功實現有功的轉移，同時便于逆變器獨立補償各相的無功和諧波，從而徹底解決電氣化鐵道同相供電系統(tǒng)中的所有電能質量問題。
【專利說明】LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質量綜合控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電氣化鐵道供電領域，特別涉及一種LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質量綜合控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)通常為三相對稱系統(tǒng)，而電氣化鐵道所用的供電系統(tǒng)為兩相或單相供電系統(tǒng)，故在將三相電變?yōu)閮上嚯娀騿蜗嚯姷暮诵沫h(huán)節(jié)-牽引變電所，因兩相牽引負荷不平衡，使得高壓側三相電流不對稱，大量負序電流注入公共電網，對三相電力系統(tǒng)的對稱運行和旋轉電氣設備帶來了嚴重威脅。根據牽引變電所高壓進線的短路容量不同，負序電流也將對三相進線電壓的對稱性產生不同程度的影響，對于地處山區(qū)、高原等電網相對薄弱地區(qū)的牽引變電所，其高壓側電壓不平衡度難以滿足國標GB/T15543-1995所規(guī)定的低于2%的要求。另外，我國大部分電氣化鐵路上依然大量運行著AC-DC型電力機車，其所采用的單相整流型傳動系統(tǒng)在牽引網中產生大量奇數次諧波和無功，奇數次諧波滲透至公共電力系統(tǒng)將嚴重影響電力系統(tǒng)的安全運行，同時，如不對牽引網的無功進行補償，牽引變電所供電區(qū)段的末端電壓將會大幅降低，從而嚴重影響鐵路的運力，也將增加鐵路運營商所繳納的電費成本。加上機車負荷具有隨機性和沖擊性，使得上述電能質量問題也具有隨機性和沖擊性，從而大大增加了對其進行治理的難度。
[0003]考慮到經濟性，為求得對電力系統(tǒng)的平衡，我國牽引變電所高壓進線普遍采用相序輪換技術，但對于山區(qū)、高原等電網相對薄弱地區(qū)的牽引變電所該方法難以達到國標對三相電壓不平衡度所提出的要求。采用平衡牽引變壓器能獲得比非平衡變更強的負序抑制能力，但其抑制負序的能力受機車負荷的波動性影響較大。統(tǒng)計結果表明，隨著牽引饋線行車密度的下降或空載概率的增大，平衡變壓器抑制負序的能力將大為降低，而且這種接線較為復雜的牽引變壓器在增加成本的同時自身并不具備補償無功和抑制諧波的能力。在牽引變電所采用晶閘管投切電容/電抗器的對稱補償方法能對兩相牽引供電系統(tǒng)的負序和無功進行綜合補償，但在技術和經濟上均難達到理想狀態(tài)。針對上述方法的不足，學者及工程師們提出了多種基于IGBT或IGCT等全控型功率器件的有源拓撲結構。在眾多有源方案中，采用電感耦合型單相逆變器背靠背連接所構成的鐵路功率調節(jié)器(下文稱L-RPC)以其優(yōu)異的補償性能和通用性受到了廣泛關注，該系統(tǒng)通過重新分配牽引變電所兩相饋線的有功潮流，并獨立補償各相的諧波和無功，能有效應對牽引變電所的各種電能質量問題，但較大的補償容量和高昂投資成本成為了它進一步推廣的主要障礙，眾多鐵路建設項目對其望而卻步，現僅在國內、外少數牽引變電所投入了實際應用。另外，為進一步適應我國高速電氣化鐵路的發(fā)展要求，進一步提高普速電氣化鐵路的供電性能及運力，一種以減少牽引網電分相環(huán)節(jié)為主要目的新型電氣化鐵路供電方式-同相供電系統(tǒng)，以及在其基礎上發(fā)展起來的對稱補償技術受到了國內外同行和相關鐵路建設項目的關注。將L-RPC與同相供電系統(tǒng)相結合以進行潮流控制為核心的對稱補償技術已在國內開展了少量研究，但較高的投資成本依然是它難以大范圍推廣的主要原因。因此，為了應對電氣化鐵道供電系統(tǒng)電能質量的挑戰(zhàn)，適應電氣化鐵道新型供電系統(tǒng)的發(fā)展要求，探索具有較高性價比和能實現供、用電企業(yè)雙贏的電氣化鐵道電能質量綜合治理系統(tǒng)成為了目前噬需解決的重要課題。

【發(fā)明內容】

[0004]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種成本低并且能夠解決電氣化鐵道同相供電系統(tǒng)電能質量問題的LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質量綜合控制系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明解決上述問題的技術方案是:一種LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質量綜合控制系統(tǒng)，包括非對稱V/v牽引變壓器、超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路、第一降壓變壓器、第二降壓變壓器、超前相逆變器、滯后相逆變器和一個直流電容，所述非對稱V/v牽引變壓器的一次側與電網相連，其二次側的超前相與牽引網相連，為機車負荷供電；所述非對稱V/v牽引變壓器二次側的超前相、滯后相分別與超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路相連，超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路分別與第一降壓變壓器一次偵U、第二降壓變壓器一次側相連；第一降壓變壓器二次側、第二降壓變壓器二次側分別與超前相逆變器、滯后相逆變器相連，所述超前相逆變器與滯后相逆變器經公共的直流電容背靠背連接。
[0006]所述非對稱V/v牽引變壓器由兩個變比不相等的單相變壓器按V/v接線連接構成。
[0007]所述超前相LC耦合支路由第一電感和第一電容串接構成。
[0008]所述滯后相LC耦合支路由第二電感和第二電容串接構成。
[0009]所述第一降壓變壓器和第二降壓變壓器可以為單相雙繞組變壓器，也可以為單相多繞組變壓器。
[0010]所述超前相逆變器、滯后相逆變器采用多個單相兩電平逆變器或者多個單相二極管鉗位式多電平逆變器相并聯的拓撲結構，亦或者采用多個小功率H橋逆變器串聯連接的鏈式拓撲結構；當采用多個小功率H橋逆變器串聯連接的鏈式拓撲結構時，省去第一降壓變壓器和第二降壓變壓器，超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路分別與超前相逆變器、滯后相逆變器相連。
[0011]所述超前相LC耦合支路的參數按照最小運行電壓法則設計，即超前相LC耦合支路電抗的絕對值|X& I應使得下式中Vinvapu為最小。
【權利要求】
1.一種LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質量綜合控制系統(tǒng)，其特征在于:包括非對稱V/v牽引變壓器、超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路、第一降壓變壓器、第二降壓變壓器、超前相逆變器、滯后相逆變器和一個直流電容，所述非對稱V/v牽引變壓器的一次偵嶼電網相連，其二次側的超前相與牽引網相連，為機車負荷供電；所述非對稱V/v牽引變壓器二次側的超前相、滯后相分別與超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路相連，超前相LC耦合支路、滯后相LC耦合支路分別與第一降壓變壓器一次側、第二降壓變壓器一次側相連；第一降壓變壓器二次側、第二降壓變壓器二次側分別與超前相逆變器、滯后相逆變器相連，所述超前相逆變器與滯后相逆變器經公共的直流電容背靠背連接。
2.如權利要求1所述的LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質量綜合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述非對稱V/v牽引變壓器由兩個變比不相等的單相變壓器按V/v接線連接構成。
3.如權利要求1所述的LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質量綜合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述超前相LC耦合支路由第一電感和第一電容串接構成。
4.如權利要求1所述的LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質量綜合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述滯后相LC耦合支路由第二電感和第二電容串接構成。
5.如權利要求1所述的LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質量綜合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述第一降壓變壓器和第二降壓變壓器為單相雙繞組變壓器或單相多繞組變壓器。
6.如權利要求1所述的LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質量綜合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述超前相LC耦合支路的參數按照最小運行電壓法則設計，即超前相LC耦合支路電抗的絕對值|X& I應使下式中Vinvapu為最小，
7.如權利要求1所述的LC耦合電氣化鐵道同相供電方式電能質量綜合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述滯后相LC耦合支路電抗的絕對值IXm0I應按下式進行取值，即
【文檔編號】H02J3/18GK103683289SQ201310682144
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權日:2013年12月13日
【發(fā)明者】張志文, 胡斯佳, 羅隆福, 李勇 申請人:湖南大學