一种电气化铁路负序不平衡补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种电气化铁路负序不平衡补偿方法，本方法在3n+i站牵引变电站中的3n站安装铁路功率调节器RPC，通过3n站RPC协同补偿电气化铁路电路系统负序不平衡问题，达到了降低电力系统三相负序不平衡的目的，相比传统的单站补偿方法，本发明专利技术方法减少了RPC的使用数量，且RPC的安装容量和补偿容量上都减小了1/3，从而降低了成本和系统损耗，且系统稳定性也得到了提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电气化鉄路电能质量补充领域，尤其涉及一种电气化鉄路负序不平衡补偿方法。
技术介绍
与常规电气化鉄路机车牵引负荷相比，高速鉄路机车牵引负荷具有瞬时功率大、功率因数高、谐波含量低和负序分量大等特点。我国已有8000多公里的高速鉄路顺利开通运营，成为世界上高铁运营速度最快、里程最长的国家。高速鉄路机车牵引负荷会产生大量负序分量，而这些负序分量不仅会引起电机振动和附加损耗，还会引起继电保护误动作，威胁高铁供电系统和电カ系统的安全运行，所以需采取措施抑制负序分量。目前采用的负序不平衡补偿方法主要有(I)将不对称负荷接到不同的供电点； (2)采用轮流换相方法，使不对称负荷合理分配到各相；(3)将不对称负荷接到更高电压等级上供电，増加接入点的短路容量；(4)使用施科特(Scott)变压器和阻抗平衡变压器等新型变压器设备等降低不平衡度。上述方法对减小负序不平衡度有一定效果，但对于减小高速鉄路负序不平衡，则效果不明显。负序不平衡补偿是电能质量补偿的ー个主要方面。近些年采用无功和平衡化补偿装置进行负序不平衡补偿成为电气化鉄路牵引负荷电能质量补偿的研究热点，相继提出了基于斯坦梅兹(Steinmetz)补偿理论的三相静止无功补偿器(SVC)优化补偿方案和鉄路功率调节器(Railway Power Conditioner, RPC), RPC可以对负序、谐波、无功进行综合补偿。但存在所需RPC的安装容量和补偿容量大、价格昂贵等问题，因此限制了其推广和应用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种可实现多站协同补偿的电气化铁路负序不平衡补偿方法，本方法能对电气化鉄路、特别是高速鉄路的负序不平衡进行补偿，与传统单站补偿方式相比，本方法的补偿容量大大减小，成本降低，且增强了实用性和可靠性。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案，该方法采用轮流换相方法给3n+i站牵引变电站中的3n站安装铁路功率调节器，η为自然数，i = 0，I，2，获取电カ系统母线三相相间容量x、y、z,假设X彡y彡z,相间容量x、y、z所对应的相间分别为Xx、Xy、Xz,令グ=2こ—;每相邻三个牵引变电站上所安装的鉄路功率调节器为ー个补偿单元，则共有η个补偿单元，所述的各补偿单元根据所获取的相间容量和Y的取值范围进行如下补偿I)当^ K §时，与Xx相间连接的功率调节器RPCI和RPC2，分别从Xx相间传递大小为的有功功率到Xy和Xz相间，另一功率调节器RPC3将大小为的有功功率从Xy相间传递至Xz相间，同吋，功率调节器RPCl向Xx相间补偿大小为的感性无功功率、向Xy相间补偿大小为^的容性无功功率，铁路功率调节器RPC2向Xx相间补偿大为；的容性无功功率、向Xz相间补偿大小为Tlfl—的感性无功功率，铁路功率调节器RPC3向Xy相间补偿大小为(n-:^)·]一的容性无功功率、向Xz相间补偿大小为Y的感性无功功率；2)当チ< 吋，与Xx相间连接的铁路功率调节器RPCl和RPC2，分别从Xx相间传递大小为I· —的有功功率到Xy和Xz相间，另ー铁路功率调节器RPC3将大小为的有功功率从Xy相间传递到Xz相间，同吋，铁路功率调节器RPCl向Xx相间补偿大小为---的感性无功功率、向Xy相间补偿大小为的容性无功功率，铁路功4/3-F χ-ζ率调节器RPC2向Xz相间补偿大小为^---^一的容性无功功率、向Xx相间补偿大小为 ---^一的感性无功功率，铁路功率调节器RPC3向Xy相间补偿大小为的容性无功功率、向乂2相间补偿大小为(ポ_^^1ニ的感性无功功率；3)当吋，与Xx相间连接的铁路功率调节器RPCl和RPC2，分别将大小为和的有功功率从Χχ相间传递到Xy和も相间，另ー铁路功率调节器RPC3将大小为I·〒的有功功率从Xy相间传递到Xz相间，同时，铁路功率调节器RPCl向Xx相间补偿大小为ニ的感性无功功率、向Xy相间补偿大小为的容性无功功率，铁路功率调节器RPC2向Xz相间补偿大小为I· +的感性无功功率、向Xx相间补偿大小为—的感性无功功率，铁路功率调节器RPC3向Xy相间补偿大小为W Y的容性无功功率、向Xz相间补偿大小为一的感性无功功率。上述各鉄路功率调节器获取电力系统母线三相相间容量X、y、z具体为安装在高压等级变电站的电压互感器和电流互感器实时采集各相的电压和电流，井根据采集到的电压和电流计算出各相间容量，然后将所得各相间容量通过无线传输模块传输至各牵引变电站，牵引变电站将各相间容量传递给鉄路功率调节器的控制电路。所述的控制电路由依次相连的A/D转换电路、PWM控制器和驱动电路组成，其中，A/D转换电路用来接收牵引变电站传递过来的信号，驱动电路与鉄路功率调节器的两H桥逆变器相连。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点本专利技术方法在3n+i站牵引变电站中的3n站安装铁路功率调节器RPC,通过3n站RPC协同补偿电气化鉄路电路系统负序不平衡问题，达到了降低电カ系统三相负序不平衡的目的，相比传统的单站补偿方法，本专利技术方法減少了 RPC的使用数量，且RPC的安装容量和补偿容量上都减小了 1/3，从而降低了 本和系统损耗，且系统稳定性也得到了提高。附图说明图I是本专利技术中鉄路功率调节器RPC的安装结构图；图2是具体实施中的铁路功率调节器RPC及其控制系统的结构框图，图中的VSC为H桥逆变器；图3是本专利技术中补偿单元的安装结构图；图4是本专利技术在Oi时的补偿结果，其中，图(a)为RPC2的补偿結果，图(b)为RPC3的补偿結果，图(c)为RPCl的补偿结果；图5是本专利技术在时的补偿结果，其中，图(a)为RPC2的补偿結果，图(b)为RPC3的补偿結果，图(c)为RPCl的补偿结果；图6是本专利技术在；时的补偿结果，其中，图(a)为RPC2的补偿结果，图(b)为RPC3的补偿結果，图(c)为RPCl的补偿结果；图7是本具体实施中信号采集处理部分的结构框图。具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本专利技术方法做进ー步说明。图I为本具体实施所采用的鉄路功率调节器(RPC)的安装结构图，鉄路功率调节器(RPC)主要由背靠背共直流电压的两H桥逆变器和两降压变压器构成，鉄路功率调节器(RPC)通过两降压变压器安装在三相V/V接线牵引变压器二次侧的两供电臂之间，可以在两供电臂之间传递一定量的有功功率，并在相间补偿一定量的无功功率。參见图7，安装在高压等级变电站的电压互感器和电流互感器实时采集电カ系统220kV母线三相的电流和电压，并根据电流和电压得到各相间容量，所得到的各相间容量信号经D/A转换电路转换后、经DSP处理电路计算出用来控制RPC的PWM控制脉冲，将DSP处理电路处理得到的PWM控制脉冲通过基于GPRS的信号发送电路发送到安装在远方的牵引变电站上的接收电路，所述的接收电路为基于GPRS的信号接收电路，接收电路将接收到的信号传递至RPC控制系统，RPC控制系统根据接收到的信号、通过基于DSP的PWM控制器控制RPC的工作状态。RPC控制系统的结构框图见图2，其是由依次相连的A/D转换电路、PWM控制器和驱动电路组成，本具体实施中所采用的PWM控制器为基于DSP的PWM控制器，驱动电路为EXB841驱动电路，其中，A/D转换电路用来接收牵引变电站上的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电气化铁路负序不平衡补偿方法，采用轮流换相方法给3n+i站牵引变电站中的3n站安装铁路功率调节器，η为自然数，i = O, I, 2，其特征在于，包括步骤 获取电力系统母线三相相间容量x、y、z,假设X > y > z,相间容量x、y、z所对应的相间分别为Xx、Xy、Xz，令ダ-2 ^ — 一 ; 每相邻三个牵引变电站上所安装的鉄路功率调节器为ー个补偿单元，则共有η个补偿単元，所述的各补偿单元根据所获取的相间容量和Y的取值范围进行如下补偿U当on'吋，与χχ相间连接的功率调节器RPCl和RPC2，分别从Xx相间传递大小为的有功功率到Xy和Xz相间，另一功率调节器RPC3将大小为的有功功率从Xy相间传递至Xz相间，同吋，功率调节器RPCl向Xx相间补偿大小为的感性无功功率、向Xy相间补偿大小为—的容性无功功率，铁路功率调节器RPC2向Xx相间补偿大为'~γ-的容性无功功率、向Xz相间补偿大小为ボ·的感性无功功率，铁路功率调节器RPC3向Xy相间补偿大小为(▽-;$)· —「的容性无功功率、向Xz相间补偿大小为(iif —的感性无功功率; 2)当I < K 4时，与Xx相间连接的铁路功率调节器RPCl和RPC2，分别从Xx相间传递大小为^〒的有功功率到Xy和Xz相间，另ー铁路功率调节器RPC3将大小为的有功功率从Xy相间传递到Xz相间，同吋，铁路功率调节器RPCl向Xx相间补偿大小为—γ-的感性无功功率、向Xy相间补偿大小为· ~γ~的容性无功功率，铁路功率调节器RPC2向...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁佳歆，陈柏超，张晨萌，李士杰，蔡超，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：