本发明专利技术公开一种具有功率融通功能的电能质量综合治理装置和方法，该装置包括两条用于将单相电源转换为三相电源的电源转换支路，每条电源转换支路由连接电抗器、软充电电路和AC-DC-AC变换组件级联而成，AC-DC-AC变换组件包括级联的三组能量变换模块，每组能量变换模块由多个具有直流环节、直流电压转换环节的功率转换子模块级联而成，通过软充电电路对直流环节进行软充电后进行能量转换，并通过控制各功率转换子模块的开断调节功率输出、进行谐波补偿；该方法是基于上述电能质量综合治理装置的实施方法。本发明专利技术具有安装方便、占地面积小、损耗低、具有功率融通功能、能够实现单相转三相供电同时对供电系统进行综合治理的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及牵引供电
，尤其涉及。
技术介绍
牵引供电系统由于其单相负荷的特殊性，区别于一般工业用户，电能质量问题也尤为突出，而电能质量的好坏又直接关系到电力系统的稳定性及行车的安全性。特别是近年来，大量的大功率高速交流机车逐渐成为主流，重载、高速已成为现代铁路运输的重要特征。但随之而来的电能质量问题也更为复杂、恶劣，其主要表现为功率因数低、电压波动大、谐波含量复杂、负序影响严重等。同时牵引供电系统由于采用特定的27.5kV单相供电，而其贯通线及工业用和民用则为三相(10kV/6kV/3kV等)供电，要解决这个问题，以往只能选择增设三相高压线路，这不仅需要大量的建设投资，更要解决偏远地区的线路走廊问题。目前，贯通电力线一般引于公共电网或公共电网以外的发电厂、变电站及输配电线路，它是铁路沿线连通两相邻变、配电所的主要对沿线铁路用电负荷供电的IOkV电力线路。牵引系统电能质量问题，主要是通过在牵引供电系统中加装静止型动态无功补偿装置(SVC)或静止型动态无功发生器(SVG)来进行缓解，而SVC或SVG主要只对无功功率或滤除部分谐波有一定效果。基于我国牵引系统单相供电的模式，需要在不增设三相高压输电线路的前提下，通过增加电力电子转换装置，进行单相27.5kV转三相(10kV/6kV/3kV等)供电，同时还需要解决牵引供电系统功率因数低、电压波动大、谐波污染复杂、负序影响严重等一系列电能质量问题。中国专利申请CN101521386A公开了一种牵引供电直挂式高压综合补偿装置，包括2个K级级联桥臂，2K个储能电容、K个隔离型双向直流变换器，通过交流电抗器直接接入牵引网，实现电能质量的综合补偿，然而该方案只能适用于三相供电系统中的电能质量控制，并不适用于单相供电模式的牵引系统。中国专利申请CN101710707A公开一种电气化铁路电能质量综合补偿系统及其控制方法，采用铁路静止功率调节器RPC和两套晶闸管控制投切电容器TSC相结合的方式，利用晶闸管控制投切电容器承担大部分无功的补充，RPC进行两供电臂有功调节、抑制谐波和补偿剩余小部分无功。该方案同样只能实现三相供电系统中的电能质量的治理，并不适用于单相供电模式的牵引系统，且采用了降压变压器，占地面积大且损耗高，不利于环保。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种结构原理简单、安装方便，占地面积小、损耗低、两供电臂之间具有功率融通功能、能够实现单相转三相供电功能同时进行包括牵引供电系统功率、谐波污染、负序影响的电能质量综合治理的。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为: 一种具有功率融通功能的电能质量综合治理装置，包括两条用于将单相电源转换为三相电源的电源转换支路，每条电源转换支路由连接电抗器、软充电电路和AC-DC-AC变换组件级联而成；所述AC-DC-AC变换组件包括级联的三组能量变换模块，分别对应输出三相电源的三相电，每组能量变换模块由多个具有产生直流电压的直流环节、直流电压转换环节的功率转换子模块级联而成；各功率转换子模块通过软充电电路对直流环节进行软充电后进行能量转换，并通过控制各功率转换子模块的开断调节无功输出、进行谐波补偿。作为本专利技术装置的进一步改进:所述两条电源转换支路的输入端分别通过一个单相接入开关接在牵引变压器低压侧两供电臂上，输出端分别通过一个三相接入开关接至三相系统。作为本专利技术装置的进一步改进:所述连接电抗器包括一个单相侧的连接电抗器和三个三相侧的连接电抗器，所述单相侧的连接电抗器连接在单相接入开关和软充电电路之间，每组能量变换模块的输出端连接一个所述三相侧的连接电抗器，所述三相侧的连接电抗器的输出端连接三相接入开关。作为本专利技术装置的进一步改进:所述功率转换子模块对单相电源依次进行整流、直流电压变换以及逆变的能量变换，包括高频变压器以及两个相同结构的H桥功率单元，所述高频变压器连接在两个H桥功率单元之间；每个所述H桥功率单元包括级联的整流电路、直流滤波电路和逆变电路，由前一个H桥功率单元的逆变电路、高频变压器以及后一个H桥功率单元的整流电路构成直流电压转换环节，两个H桥功率单元间通过高频变压器进行功率传递、电压变换以及故障时的电气隔离。作为本专利技术装置的进一步改进:所述直流滤波电路由直流电容和均压电阻并联构成；所述整流电路和所述逆变电路均由4个全控器件构成H桥，通过控制全控器件的导通调节输出电压。作为本专利技术装置的进一步改进:所述软充电电路包括并联的充电电阻和充电开关，由所述充电开关控制所述充电电阻对所述直流电容进行软充电。一种基于上述所述的电能直流综合直流装置的实施方法，具体步骤为: 1)选择运行模式，若为单边运行，控制一条电源转换支路接入单相电源，转入执行步骤2 );若为双边运行，控制两条电源转换支路同时接入单相电源，每条电源转换支路按步骤2 )执行，通过协调控制两条电源转换支路中各功率转换子模块的开断调节功率输出、进行谐波补偿，实现两供电臂之间的功率融通； 2)启动软充电电路对三组能量变换模块的各功率转换子模块中的直流环节进行软充电，充电充满后，关闭软充电电路；由三组能量变换模块的各功率转换子模块进行能量转换，分别对应输出三相电源的三相电，并控制各功率转换子模块开断进行功率输出调节及谐波补偿。 与现有技术相比，本专利技术的优点在于: (O本专利技术通过三组能量变换模块对牵引变压器两供电臂输出的单相电源进行AC-DC-AC的能量转换，实现牵引单相电源至三相电源的转换，解决电气化铁路沿线贯通电力线等三相电源的供电问题;AC-DC-AC的能量转换由级联的多个功率转换子模块完成，通过功率转换子模块的开断即可调节两供电臂的有功、无功输出、进行谐波补偿，实现对牵引供电臂的功率融通以及谐波治理。(2)本专利技术中功率转换子模块具有DC-DC的直流电压转换环节，使得可控制和稳定直流环电压，当两条电源转换支路进行双边运行时可实现两供电臂间的功率流通，从而提高牵引供电系统功率因数、稳定电压、谐波治理和负序治理的综合治理效果。(3)本专利技术采用直挂式H桥级联结构的功率转换子模块，安装方便，根据功率单元的电压等级及容量大小可级联不同数量的功率转换子模块直挂于两牵引供电臂上，容量可控且可配置为高容量，适用范围广泛；且H桥级联结构相对于降压式多重化结构，其输出的波形较好，因此变换得到的三相电源电能质量较好。(4)本专利技术采用直挂式H桥级联结构进行能量变换，无需使用传统的电容、电抗及大容量降压变压器等，占地面积小、环保且损耗低。【附图说明】图1是本实施例一种具有功率融通功能的电能质量综合治理装置结构示意图。图2是本实施例中中功率转换子模块的电路结构示意图。【具体实施方式】以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本专利技术作进一步描述，但并不因此而限制本专利技术的保护范围。如图1所示,本实施例一种具有功率融通功能的电能质量综合治理装置,包括两条将单相27.5kV电源转换为10kV/6kV/3kV等三相电源的电源转换支路，两条电源转换支路的输入端分别通过单相接入开关接在牵引变压器低压侧两供电臂上，输出端分别通过三相接入开关接入三相电源系统。每条电源转换支路包括由四个连接电抗器、软充电电路和AC-DC-AC变换组本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有功率融通功能的电能质量综合治理装置，其特征在于：包括两条用于将单相电源转换为三相电源的电源转换支路，每条电源转换支路由连接电抗器、软充电电路和AC‑DC‑AC变换组件级联而成；所述AC‑DC‑AC变换组件包括级联的三组能量变换模块，分别对应输出三相电源的三相电，每组能量变换模块由多个具有产生直流电压的直流环节、直流电压转换环节的功率转换子模块级联而成；各功率转换子模块通过软充电电路对直流环节进行软充电后进行能量转换，并通过控制各功率转换子模块的开断调节功率输出、进行谐波补偿。
【技术特征摘要】
1.一种具有功率融通功能的电能质量综合治理装置，其特征在于:包括两条用于将单相电源转换为三相电源的电源转换支路，每条电源转换支路由连接电抗器、软充电电路和AC-DC-AC变换组件级联而成；所述AC-DC-AC变换组件包括级联的三组能量变换模块，分别对应输出三相电源的三相电，每组能量变换模块由多个具有产生直流电压的直流环节、直流电压转换环节的功率转换子模块级联而成；各功率转换子模块通过软充电电路对直流环节进行软充电后进行能量转换，并通过控制各功率转换子模块的开断调节功率输出、进行谐波补偿。2.根据权利要求1所述的具有功率融通功能的电能质量综合治理装置，其特征在于:所述两条电源转换支路的输入端分别通过一个单相接入开关接在牵引变压器低压侧两供电臂上，输出端分别通过一个三相接入开关接至三相系统。3.根据权利要求2所述的具有功率融通功能的电能质量综合治理装置，其特征在于:所述连接电抗器包括一个单相侧的连接电抗器和三个三相侧的连接电抗器，所述单相侧的连接电抗器连接在单相接入开关和软充电电路之间，每组能量变换模块的输出端连接一个所述三相侧的连接电抗器，所述三相侧的连接电抗器的输出端连接三相接入开关。4.根据权利要求3所述的具有功率融通功能的电能质量综合治理装置，其特征在于:所述功率转换子模块对单相电源依次进行整流、直流电压变换以及逆变的能量转换，包括高频变压器以及两个相同结构的H桥功率单元，所述高频变压器连接在两个H桥功率单元之间；...
【专利技术属性】
技术研发人员：周方圆，黄燕艳，邱文俊，罗仁俊，吴明水，曹洋，沈辉，龙礼兰，张定华，涂绍平，胡前，龚芬，邓明，朱建波，张典，
申请(专利权)人：株洲变流技术国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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