一種牽引電網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及牽引供電系統(tǒng)電能質(zhì)量改善的系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種牽引電網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電氣化鐵路供電方式包括:直接供電(簡(jiǎn)稱TR供電)、自耦變壓供電(簡(jiǎn)稱AT供電)、吸流變壓器供電(簡(jiǎn)稱BT供電)和帶回流線的直接供電(簡(jiǎn)稱DN供電)等供電方式。由于電氣化鐵路是一種典型的大容量不平衡非線性沖擊負(fù)荷，會(huì)對(duì)供電電網(wǎng)以下影響:產(chǎn)生極大的基波負(fù)序電流，負(fù)序分量將會(huì)引起旋轉(zhuǎn)電機(jī)的附加發(fā)熱，增加系統(tǒng)損耗，降低系統(tǒng)運(yùn)行效率;產(chǎn)生許多諧波分量，且功率因數(shù)偏低，注入三相高壓電網(wǎng)后引起系統(tǒng)電壓的偏移和波動(dòng)，降低系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
[0003]解決牽引供電網(wǎng)電能質(zhì)量問題常采用無(wú)源電力濾波器的方法，具有容量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但補(bǔ)償容量不能跟蹤負(fù)荷變化，且經(jīng)常產(chǎn)生無(wú)功返送的情況，同時(shí)存在容易發(fā)生失諧、共振和過載等問題。所普遍采用的相序輪換技術(shù)和采用平衡變壓器技術(shù)僅能在一定范圍內(nèi)改善負(fù)序電流的影響，由于牽引負(fù)載在空間和時(shí)間分布上的隨機(jī)性，它們所能產(chǎn)生的效果是有限的，而且有時(shí)還會(huì)對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生消極的影響。有源電力濾波器是有效的改善電能質(zhì)量的方案，然而在高壓領(lǐng)域的應(yīng)用中，由于受到器件耐壓和容量等級(jí)的限制，常用的方式是通過工頻變壓器接入高壓電網(wǎng)，笨重的工頻變壓器大大增加了電力電子變換裝置的成本、體積，并且限制了系統(tǒng)的效率，難以在牽引供電系統(tǒng)中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種牽引電網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，解決現(xiàn)有的供電系統(tǒng)電能質(zhì)量補(bǔ)償方式存在的由于使用工頻變壓器帶來的體積、成本增加及效率降低問題。
[0005]為了達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]—種牽引電網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括:在直接供電模式或者BT(吸流變壓器供電)供電模式下實(shí)現(xiàn)異相供電補(bǔ)償時(shí)，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的第一交流輸出端連接牽引變壓器的第一副邊出線端子，同時(shí)連接牽引網(wǎng)上行臂接觸線，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的第二交流輸出端連接牽引變壓器的第二副邊出線端子，同時(shí)連接鋼軌，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的第三交流輸出端連接牽引變壓器的第三副邊出線端子，同時(shí)連接牽引網(wǎng)下行臂接觸線，牽引變壓器的三個(gè)原邊連接高壓公共電網(wǎng)。
[0007]在AT(自耦變壓供電)供電模式下實(shí)現(xiàn)異相供電補(bǔ)償時(shí)，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的第一交流輸出端連接牽引變壓器的第一副邊出線端子，同時(shí)連接牽引網(wǎng)上行臂接觸線，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的第二交流輸出端連接牽引變壓器的第五副邊出線端子，同時(shí)連接牽引網(wǎng)鋼軌，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的第三交流輸出端連接牽引變壓器的第三副邊出線端子，同時(shí)連接牽引網(wǎng)下行臂接觸線;左側(cè)自耦變壓器并聯(lián)在上行供電臂的接觸線、正饋線之間，同時(shí)并聯(lián)接入牽引變壓器的第一副邊出線端子和第二副邊出線端子;右側(cè)自耦變壓器并聯(lián)在下行供電臂的接觸線、正饋線之間，同時(shí)并聯(lián)接入牽引變壓器的第三副邊出線端子和第四副邊出線端子，左側(cè)自耦變壓器與右側(cè)自耦變壓器的中點(diǎn)通過鋼軌相連，同時(shí)接入牽引變壓器的第五副邊出線端子，這樣電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器僅需要承受AT供電時(shí)自耦變壓器一半的輸出電壓。
[0008]在直接供電模式或者BT供電模式下實(shí)現(xiàn)同相供電補(bǔ)償時(shí)，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的第一交流輸出端連接牽引變壓器的第一副邊出線端子，同時(shí)連接牽引網(wǎng)接觸線，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的第二交流輸出端連接牽引變壓器的第二副邊出線端子，同時(shí)連接鋼軌，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的第三交流輸出端連接牽引變壓器的第三副邊出線端子，牽引變壓器的三個(gè)原邊連接高壓公共電網(wǎng)。
[0009]在AT供電模式下實(shí)現(xiàn)同相供電補(bǔ)償時(shí)，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的第一交流輸出端連接牽引變壓器的第一副邊出線端子，同時(shí)連接牽引網(wǎng)接觸線，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的第二交流輸出端連接牽引變壓器的第五副邊出線端子，同時(shí)連接鋼軌，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的第三交流輸出端連接牽引變壓器的第三副邊出線端子；自耦變壓器并聯(lián)在牽引網(wǎng)接觸線、正饋線之間，同時(shí)并聯(lián)接入牽引變壓器的第一副邊出線端子和第二副邊出線端子；自耦變壓器的中點(diǎn)和鋼軌相連，同時(shí)接入牽引變壓器的第五副邊出線端子，牽引變壓器的三個(gè)原邊、、連接高壓公共電網(wǎng)，這樣電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器僅需要承受AT供電時(shí)自耦變壓器一半的輸出電壓。
[0010]所述電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器采用三相模塊組合型多電平變換器、三相三角形接線的級(jí)聯(lián)多電平變換器中的一種。
[0011]所述電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的交流電抗器安裝在橋臂內(nèi)，能直接掛網(wǎng)運(yùn)行。
[0012]所述的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠單獨(dú)應(yīng)用于牽引變電所，或者和無(wú)源電力濾波器、晶閘管投切電容器等裝置串并聯(lián)使用組成混合補(bǔ)償系統(tǒng)，具體組合形式可根據(jù)濾波和無(wú)功性能指標(biāo)確定。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
[0014]本發(fā)明提出的牽引電網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)無(wú)需工頻變壓器即可直接掛網(wǎng)運(yùn)行，利用低壓功率器件實(shí)現(xiàn)高壓大功率輸入、輸出，具有占地面積小，損耗小、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
[0015]本發(fā)明提出的牽引電網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)適用于鐵路牽引供電系統(tǒng)中述及的直接供電模式、BT供電模式和AT供電模式；以及V型接線、斯科特接線、阻抗匹配平衡接線、YNdll接線等多種牽引變壓器，以及需要進(jìn)行負(fù)序補(bǔ)償?shù)钠渌泳€型式變壓器。本發(fā)明的牽引電網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠單獨(dú)應(yīng)用于牽引變電所，或者和無(wú)源電力濾波器、晶閘管投切電容器等裝置串并聯(lián)使用組成混合補(bǔ)償系統(tǒng)，具體組合形式可根據(jù)濾波和無(wú)功性能指標(biāo)確定。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明在直接供電模式或者BT供電模式下實(shí)現(xiàn)異相供電補(bǔ)償?shù)膶?shí)施例示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明在AT供電模式下實(shí)現(xiàn)異相供電補(bǔ)償?shù)膶?shí)施例示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明在直接供電模式或者BT供電模式下實(shí)現(xiàn)同相供電補(bǔ)償?shù)膶?shí)施例示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明在AT供電模式下實(shí)現(xiàn)同相供電補(bǔ)償?shù)膶?shí)施例示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對(duì)本專利的限制；
[0021]為了更好說明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；
[0022]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
[0024]實(shí)施例1
[0025]本發(fā)明在直接供電模式或者BT供電模式下實(shí)現(xiàn)異相供電補(bǔ)償?shù)膶?shí)施例，參見圖1所示。電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器101的第一交流輸出端U連接牽引變壓器66的第一副邊出線端子a，同時(shí)連接牽引網(wǎng)上行臂接觸線67，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器101的第二交流輸出端V連接牽引變壓器66的第二副邊出線端子b，同時(shí)連接牽引網(wǎng)鋼軌68，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器101的第三交流輸出端W連接牽引變壓器66的第三副邊出線端子C，同時(shí)連接牽引網(wǎng)下行臂接觸線61。本實(shí)施例中的牽弓丨變壓器66采用V型接線、Scott型接線、阻抗匹配平衡型接線，YNdll接線等多種牽引變壓器中的一種，牽引變壓器66的三個(gè)原邊A、B、C連接高壓公共電網(wǎng)。
[0026]本實(shí)施例中電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器101并聯(lián)接入牽引變壓器的副邊輸出端，通過功率單元直流側(cè)的儲(chǔ)能電容來存儲(chǔ)和交換兩個(gè)供電臂的能量。為了補(bǔ)償負(fù)序功率，所述的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器101控制牽引網(wǎng)兩個(gè)供電臂中的有功電流，通過電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器101的儲(chǔ)能電容實(shí)現(xiàn)有功功率從負(fù)載小的供電臂向負(fù)載大的供電臂轉(zhuǎn)移，最終使得牽弓I網(wǎng)兩個(gè)供電臂僅流過與各自電壓同相位的、幅值相同的基波電流，就實(shí)現(xiàn)了牽引變壓器66高壓側(cè)三相電流的平衡。在合理的控制策略下，所述的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器101能同時(shí)補(bǔ)償各相的諧波和無(wú)功功率。
[0027]圖1中附圖標(biāo)記:60-電力機(jī)車負(fù)載;S-電分相裝置。
[0028]本發(fā)明在AT供電模式下實(shí)現(xiàn)異相供電補(bǔ)償?shù)膶?shí)施例，參見圖2所示。電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器101的第一交流輸出端U連接牽引變壓器66的第一副邊出線端子a，同時(shí)連接牽引網(wǎng)上行臂接觸線67，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器101的第二交流輸出端V連接牽引變壓器66的第五副邊出線端子O，同時(shí)連接牽引網(wǎng)鋼軌68，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器101的第三交流輸出端W連接牽引變壓器66的第三副邊出線端子C，同時(shí)連接牽引網(wǎng)下行臂接觸線61。左側(cè)自耦變壓器71并聯(lián)在上行供電臂的接觸線67、正饋線69之間，同時(shí)并聯(lián)接入牽引變壓器66的第一副邊出線端子a和第二副邊出線端子b;右側(cè)自耦變壓器72并聯(lián)在下行供電臂的接觸線61、正饋線63之間，同時(shí)并聯(lián)接入牽引變壓器66的第三副邊出線端子c和第四副邊出線端子d，左側(cè)自耦變壓器71與右側(cè)自耦變壓器72的中點(diǎn)通過鋼軌68相連，同時(shí)接入牽引變壓器的第五副邊出線端子O。本實(shí)施例中的牽引變壓器66采用V，x型接線、Scott型接線、阻抗匹配平衡型接線等多種牽引變壓器中的一種；當(dāng)采用V，x型接線時(shí)，無(wú)需外加自耦變壓器71和72，利用X接線的副邊繞組的中點(diǎn)抽頭短接后連接鋼軌68就能夠?qū)崿F(xiàn)AT供電模式，牽引變壓器66的三個(gè)原邊A、B、C連接高壓公共電網(wǎng)。