电气化高速铁路负序与谐波综合补偿系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电气化高速铁路负序与谐波综合补偿系统。它由一个背靠背式的铁路功率调节器、两组不同参数的晶闸管控制高通滤波器和晶闸管控制电抗器联合组成，铁路功率调节器通过两个单相三绕组降压变压器与三相Ｖ／Ｖ结线牵引变压器二次侧的两供电臂连接，两组晶闸管控制高通滤波器安装在与电压相位超前的供电臂连接的单相三绕组降压变压器下，两组晶闸管控制电抗器安装在与电压相位滞后的另一供电臂连接的单相三绕组降压变压器下。与其他补偿结构相比，具有改善负序和谐波补偿效果、降低有源装置容量的优势，因此具有良好的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种负序与谐波综合补偿系统，特别涉及一种电气化高速铁路 负序与谐波综合补偿系统。
技术介绍
电气化高速铁路的建设，将为国民经济发展提供安全可靠、高速度、大 容量运力保障，是进一步缓解铁路运力紧张、提高运输服务品牌和运输服务 质量的重要举措。然而，高速铁路供电系统由于用单相供电方式和独特的电 力机车负荷而使负序、谐波、电压波动和闪变等电能质量问题突显，严重影 响高速铁路沿线供电系统的电能质量，给周边企业生产和用户生活带来恶劣 影响。因此，迫切需要对高速铁路供电系统存在的负序、谐波、电压波动和 闪变等电能质量问题进行集中治理。目前国内外对电气化高速铁路供电系统产生的负序、谐波、电压波动和 闪变等电能质量问题提出了多种补偿方案。铁路功率调节器是其中一种比较典型的补偿方案。RPC是一种背靠背式的能实现功率双向流动的调节器，能 够对负序、谐波及无功进行综合补偿，但由于RPC是有源装置，单独依靠RPC 调节两供电臂有功功率，实现负序补偿，同时进行谐波治理，给大容量的RPC 工程实现带来了一定困难，并且抬高了成本。此外，对于采用三相V/V结线 牵引变压器作为牵引变压器的电气化高速铁路供电系统，采用RPC调节有功 功率使两供电臂有功功率相等时，三相系统仍然有负序电流存在，不能完全 补偿负序。另外，有采取静止无功发生器DSTATCOM安装于三相高压侧来补偿负序和谐波的补偿方案。由于三相侧电压等级高达llOkV或220kV， DSTATCOM需设计为串联多重化结构，结构较为复杂，对电力电子器件的电 压和电流等级要求较高，导致成本昂贵和技术实现难度较大。 专利
技术实现思路
为了解决现有基于铁路功率调节器的负序与谐波综合补偿系统存在的上 述问题，本专利技术提供一种电气化高速铁路负序与谐波综合补偿系统。本专利技术 能够改善负序和谐波补偿效果，并且能够根据负序补偿指标适当降低装置有 源容量，达到改善补偿效果和降低成本的目的。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，所述铁路功 率调节器通过单相三绕组降压变压器安装在三相V/V结线牵引变压器二次侧 的两供电臂之间，其特征在于还包括两组不同参数的晶闸管控制电抗器(ZJ，h)和晶闸管控制高通滤波器，两组不同参数的高通滤波器分别由电抗器a/)和电容器(C/)及电抗器(丄2)和电容器(G)串联组成，晶闸管控制高通 滤波器安装在与电压相位超前的供电臂连接的单相三绕组降压变压器下，电 抗器D安装在与电压相位滞后的另一供电臂连接的单相三绕组降压变压器 下，单相三绕组降压变压器原边为一个绕组，副边有两个绕组；铁路功率调 节器、晶闸管控制高通滤波器及晶闸管控制电抗器分别接在单相三绕组降压 变压器副边的两绕组上。一种电气化高速铁路负序与谐波综合补偿系统，包括铁路功率调节器， 所述铁路功率调节器通过单相降压变压器安装在三相V/V结线牵引变压器二 次侧的两供电臂之间，包括两组不同参数的晶闸管控制电抗器(^， h)和晶 闸管控制高通滤波器，晶闸管控制的高通滤波器部分分别由电抗器(D)和 电容器(C;)及电抗器(丄力和电容器(C》串联组成，晶闸管控制高通滤波器安装在与电压相位超前的供电臂连接的单相降压变压器下，电抗器D安 装在与电压相位滞后的另一供电臂连接的单相降压变压器下，单相降压变压 器原边和副边各一个绕组，铁路功率调节器和晶闸管控制高通滤波器或晶闸 管控制电抗器并联接入单相降压变压器的副边。本专利技术的技术效果在于1) RPC能够补偿一定的负序但不能完全补偿负序，两组晶闸管控制高通滤波器和晶闸管控制电抗器能够在RPC补偿负序的基础上，能进一步改善负 序补偿效果和实现负序完全补偿，此外RPC能够抑制电力机车负载产生的谐 波；2) 晶闸管控制高通滤波器和晶闸管控制电抗器具有负序补偿功能，在同 样的电能质量指标下，可适当降低有源装置RPC容量，降低补偿系统的成本。3) 晶闸管控制高通滤波器可滤除部分高次谐波，提高了谐波抑制效果。 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为负序补偿电流向量图。图3 (a)为补偿前三相电流向量图；图3 (b) RPC补偿后三相电流向量图；图3 (c)为RPC、高通滤波器和电抗器均 投入后三相电流向量图。 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4由一个背靠背式的 铁路功率调节器2 (RPC)、两组不同参数的晶闸管控制高通滤波器3 (TCHF) 和晶闸管控制电抗器1 (TCR)联合组成。RPC通过两个单相三绕组降压变压器安装在三相V/v结线牵引变压器二次侧的两供电臂之间，晶闸管控制高通 滤波器安装在与电压相位超前的供电臂连接的两个单相三绕组降压变压器下，晶闸管控制电抗器aj,丄^)安装在与电压相位滞后的另一供电臂连接的 两个单相三绕组降压变压器下。rpc中包含通过共用直流电容连接的两个变流器，两变流器通过输出电抗和单相三绕组降压变压器连接到三相V/v结线牵引变压器的两供电臂。两组不同参数的晶闸管控制高通滤波器分别由电抗器a/)和电容器(c/)及电抗器a力和电容器(C2)串联组成。晶闸管控 制高通滤波器和晶闸管控制电抗器中的晶闸管只起投切作用，相当于一个投 切开关，采用晶闸管进行投切是为了保证投切迅速。参见图2，图2为本专利技术实施例2的结构图。实施例2中仅用单相降压变压器取代实施例1中单相三绕组降压变压器。两供电臂分别给高速铁路上行线和下行线的电力机车供电。当一供电臂 有电力机车运行而另一臂没有电力机车运行时，只有一供电臂存在电流，另 —臂没有电流。从三相侧电流/,、 /5、 4看，存在较大的负序电流。根据电 力机车的运行情况，通过晶闸管控制投入相应参数的一组高通滤波器和电抗 器。晶闸管控制高通滤波器和晶闸管控制电抗器分别安装在电流超前和滞后 的供电臂下，由于高通滤波器不但滤除部分高次谐波，对于基波频率它是呈容性的，能使这一供电臂电流超前；晶闸管控制电抗器能使其所在供电臂的 电流更滞后。这样就使两供电臂的相位从补偿前的60度增大了，在rpc补偿 负序的基础上进一步改善了负序补偿效果。对于电力机车负载产生的谐波， rpc能够发出相应的谐波去抵消电力机车负载产生的谐波，从而消除网侧中 的谐波。同时，晶闸管控制高通滤波器能够滤除其^ 在供电臂的部分高次谐 波，进一步改善了谐波补偿效果。因此，该系统可以改善负序补偿和谐波抑制效果。在同样的负序补偿指标下，与单独的RPC相比电气化高速铁路负序 与谐波综合补偿系统中有源装置RPC容量明显降低。下面结合图；进一步详细分析和说明其负序补偿原理和晶闸管控制高通滤波器及晶闸管控制电抗器的参数设计方法。以三相侧线电压厅^:为基准。 高速铁路电力机车为四象限PWM整流控制方式，具有高功率因数，低次谐波 含量少的特点，功率因数接近于l。补偿前，假设a相有电力机车负载，负载电流大小为^， b相没有电力机 车。由于功率因数接近于l， a相电流相位与电压相位一致。由于负序电流主要为基波，因此分析负序电流时忽略谐波。故设？。=/,， a=o， l=_:l，补偿前三相电流向量图如图卩(a)所示。 则三相电网侧电流乙、/s、 4分别为二厶= 7C =一Zi一￥(i本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电气化高速铁路负序与谐波综合补偿系统，包括铁路功率调节器，所述铁路功率调节器通过单相三绕组降压变压器安装在三相Ｖ／Ｖ结线牵引变压器二次侧的两供电臂之间，其特征在于：还包括两组不同参数的晶闸管控制电抗器（Ｌ３，Ｌ４）和晶闸管控制高通滤波器，两组不同参数的高通滤波器分别由电抗器（Ｌ１）和电容器（Ｃ１）及电抗器（Ｌ２）和电容器（Ｃ２）串联组成，晶闸管控制高通滤波器安装在与电压相位超前的供电臂连接的单相三绕组降压变压器下，电抗器Ｌ２安装在与电压相位滞后的另一供电臂连接的单相三绕组降压变压器下，单相三绕组降压变压器原边为一个绕组，副边有两个绕组；铁路功率调节器、晶闸管控制高通滤波器及晶闸管控制电抗器分别接在单相三绕组降压变压器副边的两绕组上。

【技术特征摘要】

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