功率调节器与静止无功补偿器联合负序电流补偿系统技术方案

本发明专利技术公开了一种功率调节器与静止无功补偿器联合负序电流补偿系统。它由铁路功率调节器和静止无功补偿器组成，铁路功率调节器通过两个单相三绕组降压变压器安装在牵引变压器二次侧的两供电臂之间，静止无功补偿器由两组并联连接的晶闸管投切电容器和一组晶闸管控制电抗器组成，分别通过单相三绕组降压变压器并联接入两牵引供电臂，其中晶闸管投切电容器安装在与电压相位相对超前的供电臂连接的单相三绕组降压变压器下，晶闸管控制电抗器安装在与电压相位相对滞后的供电臂的单相三绕组降压变压器下。本发明专利技术可在满足铁道系统对三相电流不平衡度的要求的情况之下，最大限度地降低铁路功率调节器的容量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电气化高速铁路负序电流补偿系统，特别涉及一种适用 于电气化高速铁路的功率调节器与静止无功补偿器联合负序电流补偿系统。
技术介绍
我国电气化铁路牵引变电站大多采用专用的牵引变压器将三相电力系统 的电能传输给两个各自带负荷的单相牵弓I线路，由于机车自身的调节功能， 牵引变电所两个供电臂的牵引负荷是相互独立、随机波动的，因为牵引负荷 具有这种不对称性，所以牵引变压器高低压两侧的三相电流不平衡，并在系 统侧母线上产生负序电流。牵引系统中的负序电流会在公共连接点处产生负 序电压，并且通过公共连接点流向其他负荷。牵引系统中的负序电流会对发 电机、异步电动机、反映负序分量的继电保护装置、电力系统主元件如变压 器和输电线以及通信系统等产生严重的影响和干扰。为抑制电气化铁路中的负序电流，当前普遍采用的措施是在牵引变电所 实行换相连接，各个区段轮换接入电力系统的不同相。此方法简单，不需另外 增加设备，成本低,易维护，但由于必须在电网中使用电分相，影响了机车的提速，降低了电网的可靠性。铁路功率调节器(RPC)是近几年出现的一种补偿装 置，它通过共用直流侧电容的双H桥逆变器将轻载一侧的能量转移到重载侧， 以实现两供电臂有功功率的平衡，从而达到抑制三相侧负序电流的目的。当 一侧供电臂有机车负载，而另一侧空载时，为达到两供电臂有功功率平衡， 必须使RPC的容量为机车负载功率的一半，以功率为8MVA的电力机车为例，此时RPC的容量最低为4MVA，大容量使RPC的造价偏高，且设计制造难度加大；同时由于V/V牵引变压器的固有特性决定了在两供电臂功率平衡且功率因数均为1时，三相侧负序电流与正序电流幅值之比仍有50%，单纯采用RPC结构在负序电流抑制上遇到瓶颈。
技术实现思路
为了解决电气化高速铁路系统中铁路功率控制器负序电流补偿存在的上 述技术问题，本专利技术提供一种铁路功率调节器与静止无功补偿器联合负序电 流补偿系统。本专利技术在满足铁道系统对三相电流不平衡度的要求的情况之下 最大限度地降低RPC的容量。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是包括铁路功率调节器和静止无 功补偿器，铁路功率调节器通过两个单相三绕组降压变压器安装在牵引变压 器二次侧的两供电臂之间，静止无功补偿器由两组并联连接的晶闸管投切电 容器和一组晶闸管控制电抗器组成，分别通过单相三绕组降压变压器并联接 入两牵引供电臂，其中晶闸管投切电容器接于电压相位相对超前供电臂下的 单相三绕组降压变压器，晶闸管控制电抗器接于电压相位相对滞后的供电臂 下的单相三绕组降压变压器。一种铁路功率调节器与静止无功补偿器联合负序电流补偿系统，包括铁 路功率调节器和静止无功补偿器，铁路功率调节器通过两个单相降压变压器 安装在牵弓I变压器二次侧的两供电臂之间，静止无功补偿器由两组并联连接 的晶闸管投切电容器和一组晶闸管控制电抗器组成，分别通过单相降压变压 器并联接入两牵引供电臂，其中晶间管投切电容器接于电压相位相对超前供 电臂下的单相降压变压器，晶闸管控制电抗器接于电压相位相对滞后的供电 臂下的单相降压变压器。本专利技术的技术效果在于(1) 改善对牵引变压器原边三相电流负序分量的补偿效果。通过引入静 止无功补偿器，适当改变两牵引供电臂中电流相位与幅值的大小，间接调节 牵引变压器三相侧电流，降低其所含负序分量，从而达到改善三相电流不平 衡度的目的。(2) 降低铁路功率调节器的容量。由于静止无功补偿器对两牵引供电臂 中电流相位与幅值的调节作用，达到同样的不平衡度所需要的铁路功率调节 器容量比单纯使用铁路功率调节器时要小，因此可以减小铁路功率调节器装 置的容量，降低设备成本。下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。 附图说明图1为本专利技术实施例1的结构图。 图2为本专利技术实施例2的结构图。 图3是本专利技术的补偿原理图。图4是本专利技术与单独使用铁路功率调节器的三相电流不平衡度与RPC容 量的关系曲线。 具体实施例方式参见图1，图1为本专利技术实施例1的结构图。本专利技术包括铁路功率调节 器1和静止无功补偿器2。铁路功率调节器1采用两个基于开关器件的单相H 桥逆变器，通过共用直流侧电容形成"背靠背"结构，两个逆变器交流侧通 过两个单相三绕组降压变压器分别并联接入牵引变压器二次侧两相供电臂。 静止无功补偿器2由两组并联连接的晶闸管控制投切电容器4 (TSC)和一组 晶闸管控制电抗器3 (TCR)组成，分别通过单相三绕组降压变压器并联接入 两牵引供电臂。其中TSC接于电压相位超前的供电臂下的单相三绕组降压变压器，TCR接于电压相位滞后的供电臂下的单相三绕组降压变压器。单相三 绕组降压变压器原边有一个绕组，副边有两个绕组，起隔离作用；单相降压 变压器原副边各只有一个绕组。参见图2，图2为本专利技术实施例2的结构图。本实施例中仅用单相降压 变压器取代实施例1中的单相三绕组降压变压器。两供电臂作为互相独立的供电单元向上下行机车供电，当只有上行线或 下行线有机车时，三相侧电流中必然有一相为零，此时负序分量最大。RPC 的作用是通过共用直流侧电容的双H桥逆变器将轻载一侧的能量转移到重载 侧，以实现两供电臂有功功率的平衡。负荷有功功率的平衡会对三相电流的 负序分量产生一定的抑制效果，但是依然无法消除。SVC就是为了达到这个 目的而引入的。通过在电压相对超前的供电臂投入电容，在电压相对滞后的 另一供电臂投入电感，进一步增大了两供电臂的相位差，使三相侧电流更趋 近于幅值相等，相位互差12(T的对称三相电流，从而减少甚至消除其负序分 量。同时，由于SVC对负序的补偿作用，在达到相同的三相电流不平衡度的 指标的情况下，综合补偿系统所需的RPC的容量比单纯使用RPC时要小，从 而降低了RPC的容量需求。在RPC的转移容量少于标准容量时，针对电力机 车位于不同供电臂时的情况，综合补偿系统需要在超前臂与滞后臂侧分别投 入不同参数的电容电感值。电容电感的动态投入是由TSC与TCR的投切信号 控制完成，TSC在电压峰值时刻动态投入与切除相应的电容，TCR通过调整晶 闸管触发角从而改变其接入电感值。当电力机车位于其中一供电臂时，超前臂 侧的TSC投入相应的其中一组电容器；在滞后臂所采用的TCR通过调节晶闸 管的触发角来改变TCR的等效电纳值，从而动态调节接入电路的电感值。TSC 与TCR的共同作用，使当机车位于不同供电臂时能达到相同的补偿效果。 下面结合附图3对综合补偿系统的原理作进一步的阐述。以t/:作为参考向量，假设机车负载在"供电臂，M共电臂空载。设两供电臂电流分别为/。、 /6，机车负载电流为i,。补偿前，/。=/,， /6=o。令v/v变压器的电压变比为《，^、 4分别为三相电流正序、负序分〗为旋转因子，则三相侧电流可表示为—^120°a = g'《尺(1)1根据电流正负序分量表示式:5(2)可得:1"f -DA■4，为三相电流不平衡度，即三相电流负序分量与正序分量之1比，由以上分析可得，此时义,-分量幅值相等<("一iK丄=1，即三相电流负序分量与正序当投入RPC装置之后，6供电臂向"供电臂提供部分有功，两供电臂共同承担负载的有功功率，因此有/,=/。+/4。由于V/V变压器为60。结线形式，C/。e的 相位超前于f^60'，电气化高速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率调节器与静止无功补偿器联合负序电流补偿系统，其特征在于：包括铁路功率调节器和静止无功补偿器，铁路功率调节器通过两个单相三绕组降压变压器安装在牵引变压器二次侧的两供电臂之间，静止无功补偿器由两组并联连接的晶闸管投切电容器和一组晶闸管控制电抗器组成，分别通过单相三绕组降压变压器并联接入两牵引供电臂，其中晶闸管投切电容器接于电压相位相对超前供电臂下的单相三绕组降压变压器，晶闸管控制电抗器接于电压相位相对滞后的供电臂下的单相三绕组降压变压器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗安，王文，吴传平，马伏军，徐先勇，杨晓，赵伟，王刚，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]