一种基于三相结构的电气化铁路牵引变电所补偿装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于电气化铁路牵引供电控制技术领域，具体的说是涉及一种基于三相结构的电气化铁路牵引变电所补偿装置。本实用新型专利技术包括补偿变压器和三相PWM整流器，所述补偿变压器的高压侧与电气化铁路牵引所两侧的牵引网连接，补偿变压器的低压侧与三相PWM整流器的交流侧连接，三相PWM整流器的直流侧连接支撑电容。本实用新型专利技术所提出的一种基于三相结构的电气化铁路补偿装置，在传送相同的功率下，将变压器和变流器容量降到原来的降低了补偿装置的设备和建设成本，提高了补偿装置的可靠性。可靠性。可靠性。

A compensation device for electrified railway traction substation based on three-phase structure

【技术实现步骤摘要】
一种基于三相结构的电气化铁路牵引变电所补偿装置


[0001]本技术属于电气化铁路牵引供电
，具体的说是涉及一种基于三相补偿结构的电气化铁路牵引供电补偿装置。

技术介绍

[0002]电气化铁路牵引供电采用单相27.5kV交流给列车供电，为了减小对电网的影响，在铁路沿线，采用三相轮流供电，让电网三相负荷基本平衡。
[0003]电气化铁路目前主要采用交直交电力牵引系统，列车牵引时，牵引系统由受电弓从牵引网获取电能，驱动列车；当列车制动时，牵引系统将列车再生制动能量回送到牵引电网。再生制动能量除部分为同一牵引网上运行的其它牵引的列车利用外，多余能量回送到高压电网。但是电网对列车回送的电能不计费或者返送正计，造成运营电费的增加。此外，一个牵引变电所向左右两个牵引网供电，两个牵引网通常由一个牵引变压器的两个绕组或两个独立变压器分别供电，两个牵引网电能取自电网的不同线电压，两个牵引网的负荷是随机的，由此带来两个问题：其一，牵引变压器一个绕组过载，另一个绕组空载或轻载的情况，牵引变压器容量得不到充分利用；其二、电网侧三相负载不对称，引起电能质量问题。
[0004]为解决上述问题，可以采用功率融通装置让牵引变电所两侧牵引网的能量可以流通。功率融通装置又称铁路功率调节器(Railway static Power Conditioner,简称RPC)，也有称作潮流控制器，结构如图1所示。现有功率融通装置由两个降压补偿变压器TR1和TR2和两个“背靠背”的单相PWM整流器构成的补偿变流器组成。变压器TR1和TR2高压侧分别与牵引所两侧的牵引网相连，低压侧分别与1#PWM整流器和2#PWM整流器的交流侧相连；两个PWM整流器的直流侧并联。
[0005]通过功率融通装置，牵引所左右两侧牵引网的功率可以相互流动。如果左侧牵引网列车处于制动工况，或者牵引功率小于右侧牵引网上的列车，功率融通装置让左侧牵引网能量向右侧牵引网流动；反之，功率融通装置则让右侧牵引网能量向左侧牵引网流动。这是对功率融通装置直观的理解，实际上功率融通装置的补偿目标是要让牵引负荷从110kV或220kV侧所取的负荷电流i
A
、i
B
、i
c
负序电流满足国标要求，最好是负序电流为0，且功率因数满足国标要求，最好接近1。因此，可以把功率融通装置理解为补偿装置，其要实现的是对牵引负荷所产生的负序、谐波和无功电流进行补偿。目前，无论是大功率机车还是高速动车组均采用交直交牵引传动结构，功率因数接近为1，谐波和无功含量都很小。因此，功率融通装置要补偿的电流i
a_C
、i
b_C
、i
c_C
主要是负序电流(其中i
c_C
＝i
c_C1
+i
c_C2
＝
‑
(i
a_C
+i
b_C
))，也就说功率融通装置的容量主要决定于要补偿的负序电流。
[0006]设要补偿的牵引负荷的负序电流有效值为I
T
‑
，则有I
a_C
＝I
b_C
＝I
c_C
＝I
T
‑
；设牵引网电压有效值为U
T
，则U
ac
＝U
bc
＝U
T
。功率融通装置的补偿变压器TR1和TR2的容量均为I
T
‑
U
T
，总容量为2I
T
‑
U
T
。功率融通装置的补偿变流器1#PWM整流器和2#PWM整流器容量之和等于变压器TR1和TR2之和，也为2I
T
‑
U
T
。
[0007]功率融通装置的容量由牵引网上运行列车牵引和制动时的功率和要达到的补偿
目标决定，融通装置的容量通常在几MVA到十几MVA，因此，装置中的补偿变压器和补偿用的PWM整流器的体积、重量均会很大，带来的问题是设备和土建成本高，一次性投资太大，影响了其推广应用。

技术实现思路

[0008]针对上述问题，既然功率融通装置给出的补偿电流是负序电流，三相电流对称的，因此，可采用三相补偿结构。本技术提出的三相结构的综合补偿装置，对于有两路相差60
°
的牵引网供电的三相接线的牵引变压器接线，相同的补偿能力的下，补偿装置所需要的变压器和变流器的容量均较现有“背靠背”结构减小13.4％。同时，系统的结构更为简化，不仅降低了设备和安装成本，同时还提高了系统的可靠性。
[0009]本技术的技术方案是：
[0010]一种基于三相结构的电气化铁路牵引变电所补偿装置，包括补偿变压器和三相PWM整流器，所述补偿变压器的高压侧与电气化铁路牵引所两侧的牵引网连接，补偿变压器的低压侧与三相PWM整流器的交流侧连接，三相PWM整流器的直流侧连接支撑电容；所述补偿变压器将牵引供电的电压降到与三相PWM整流器相适应的范围，三相PWM整流器发出补偿所需的负序电流，定义牵引网电压为U
T
，牵引负荷的负序电流为T
T
‑
，则补偿变压器的容量为同时三相PWM整流器的容量也为
[0011]本技术总的技术方案，如图2所示，综合补偿装置由补偿变压器TR和三相PWM整流器构成的补偿变流器组成。补偿变压器将牵引供电的27.5kV电压降到三相PWM整流电压相适应的范围，PWM整流器根据指令发出补偿所需的负序电流。牵引网电压为U
T
，牵引负荷的负序电流为I
T
‑
，则补偿变压器TR1的容量为与图1所示“背靠背”结构中补偿变压器和补偿变流器容量(容量均为2I
T
‑
U
T
)相比，容量减小13.4％。
[0012]对比图1和图2，可以看到：其一、本技术的补偿结构中补偿变压器个数由两个变为一个，相同容量下，体积和重量降约30％，降低了设备成本及土建成本；其二、本技术的补偿结构中，补偿变流器结构由四个逆变桥变为三个逆变桥，节省了一个逆变桥，成本降低25％，同时简化了结构，提高了可靠性。本技术所提出的三相结构的补偿装置同样可以补偿谐波和无功，只是现有牵引负荷谐波和无功电流含量较小，占用补偿装置的容量很小。
[0013]因为补偿装置的容量达几MVA到十几MVA，补偿变流器可采用多个补偿模块并联组成。图3所示的是由N个补偿模块并联结构的补偿装置。补偿装置采用一个三相补偿变压器TR1，补偿变压器高压侧接牵引网，低压侧接1#到N#三相补偿模块交流侧。N个补偿模块交流侧并联，直流侧独立。多模块并联的好处有：其一、一个模块故障时退出后，对补偿容量影响小，提高了设备的可用性；其二、N个模块并联，可以将各补偿模块的三角载波依次移相等效开关频率增大N倍，提高补偿装置的对高频谐波的补偿能力，也可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三相结构的电气化铁路牵引变电所补偿装置，其特征在于，包括补偿变压器和三相PWM整流器，所述补偿变压器的高压侧与电气化铁路牵引所两侧的牵引网连接，补偿变压器的低压侧与三相PWM整流器的交流侧连接，三相PWM整流器的直流侧连接支撑电容；所述补偿变压器将牵引供电的电压降到与三相PWM整流器相适应的范围，三相PWM整流器发出补偿所需的负序电流，定义牵引网电压为U
T
，牵引负荷的负序电流为T
T
‑
，则补偿变压器的容量为同时也为三相PWM整流器的容量。2.根据权利要求1所述的一种基于三相结构的电气化铁路牵引变电所补偿装置，其特征在于，所述电气化铁路牵引变电所为三相V/V接线牵引变压器供电的变电所，则所述补偿变压器为三相降压变压器，三相降压变压器的高压侧分别与电气化铁路牵引所两侧的牵引网相连，三相降压变压器的低压侧接三相PWM整流器的交流侧。3.根据权利要求1所述的一种基于三相结构的电气化铁路牵引变电所补偿装置，其特征在于，补偿装置适用于单相接线的两牵引网电压相差60
°
的变压器接线方式。4.根据权利要求3所述的一种基于三相结构的电气化铁路牵引变电所补偿装置，其特征在于，所述补偿变压器包括第一单相补偿变压器和第二单相补偿变压器，其中第一单相补偿...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭育华，余胜，罗锐，李仕云，
申请(专利权)人：成都思特电气科技有限公司，
类型：新型
国别省市：