本发明专利技术公开了一种地铁供电系统综合电能质量治理装置及其方法，静止无功发生器包括功率单元和电抗器，静止无功发生器与预充电回路相连，功率单元与电抗器串联，预充电回路通过交流开关与连接在电网的电源侧。晶闸管投切电抗器包括两路以上的电抗器支路，电抗器支路包括电抗器和电子开关，电抗器与电子开关串联，电抗器支路通过电子开关并联在电网负载侧。控制保护系统控制电抗器支路的投入以补偿无功，并控制静止无功发生器补偿无功。本发明专利技术克服了单独使用静止无功发生器成本高和晶闸管投切电抗器不能连续补偿的技术缺陷，兼顾了静止无功发生器调节速度快、运行范围宽、补偿无功兼治理谐波和晶闸管投切电抗器容量大、成本低的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子领域，具体涉及一种应用于地铁供电系统中，可以综合补偿无功和滤除谐波的电能质量治理装置及其方法。
技术介绍
随着我国城市规模和紧急建设的飞速发展，城市化进程在逐步加快，人员出行和物资交流频繁，交通需求急剧增长，城市交通供需矛盾日趋紧张，地面交通已无法适应由经济活动和人民生活产生的日益增长的运量需求。地铁作为目前世界上最经济和高效的城市·交通工具之一，在我国各大中城市得到迅速发展。目前，全国已有33个城市提出了修建城市地铁的计划，其中有28个城市已经开建。我国地铁主要采用集中供电方式，由主变电所、牵引变电所、整流系统和动力照明系统几部分组成。由于地铁供电系统全部采用电缆连接，其充电容性无功功率大，加上牵引负荷本身的波动性大，给城市电网带来功率因数低、无功倒送及谐振过压等一系列不利因素。地铁处于人口密集的城市之中，公共电网一旦发生事故，会对整个城市电力供应和社会稳定性带来很大影响。目前，解决地铁供电系统无功和谐波等电能质量问题的方式主要有固定并联电抗器FR、晶闸管控制电抗器TCR、静止无功发生器SVG、有源电力滤波器APF等。其中FR只能补偿固定感性无功，容易产生过补或欠补，效果不佳。TCR可以连续调节但本身产生谐波，且损耗较大。APF主要只对谐波进行抑制，补偿19次以内的各次谐波。随着电力电子全控型开关器件的快速发展，近年来出现了采用自然换相变流电路的静止无功补偿装置，通常称为静止无功发生器SVG。与传统的以TCR为代表的SVC装置相比，SVG的调节速度更快，运行范围更宽，不但能补偿无功还能治理谐波，但成本较高。同时地铁供电系统主要以容性无功为主，因此本文提出一种基于静止无功发生器SVG+晶闸管投切电抗器TSR的综合电能质量治理方法。经过实际应用和专家评定，此方法是目前最经济实用的应用于地铁供电系统中的综合电能质量治理方法。在现有技术当中与本专利申请相关的内容主要有以下文献文献一为顾晏齐、段永强于2011年12月发表在《机电工程》第6期，第24卷的论文《地铁线路无功补偿方案研究》。该文献提出了一种SVG+固定并联电抗器的补偿方案，但是该方案是固定并联电抗器，不能投切，SVG还是需要配置比较大的容量。文献二为段立新于2009年12月发表在《低压电器》第12期的论文《动态无功补偿装置在地铁主变电所的应用研究》。该文献主要对集中式补偿、分区集中补偿、分布式补偿三种补偿方案进行比较，并未提出具体的电能质量治理方案。文献三为株洲变流技术国家工程研究中心有限公司于2010年09月08日申请，并于2010年12月22日公开，公开号为CN101924371A的中国专利技术专利申请《一种混合型电能质量治理方法》。该专利技术公开了一种混合型电能质量治理方法，在有源部分，将至少两组的SVG和至少两组的APF通过变压器隔离方式连接在三相电网上，其中SVG主要补偿无功电流，APF补偿谐波电流，在电压跌落严重时APF也可作为无功发生器以弥补SVG容量的不足来支撑电压；在无源部分，将由TCR与TSC、FC组合成大容量的直挂式SVC直接连接到三相电网进行无功补偿，并通过对TCR的三相不对称控制，对三相不对称进行补偿，通过晶闸管投切电容器TSC提供大容量容性无功功率，通过固定电容补偿FC提供小容量无功功率，通过固定电容补偿FC兼做晶闸管控制电抗器TCR的主要次谐波滤波支路，用于对电能系统进行协调综合。该方法的缺点没有充分发挥SVG可以滤除谐波的特性，而是增加了 APF装置，增加了占地面积和成本，也给控制带来了复杂性。同时SVG需要通过变压器连接到电网，增加了占地面积和损耗，也限制了 SVG的容量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，克服单独使用静止无功发生器(SVG，Static Var Generator)成本高和晶闸管投切电抗器(TSR，Thyristor switched Reactor)不能连续补偿的技术缺陷，同时兼顾静止无功发生器调节速度快、运行范围宽、补偿无功兼治理谐波和晶闸管投切电抗器容量大、成本低的优点。为了实现上述专利技术目的，本专利技术具体提供了一种地铁供电系统综合电能质量治理 装置的技术实现方案，一种地铁供电系统综合电能质量治理装置，包括静止无功发生器、晶闸管投切电抗器、预充电回路、控制保护系统和交流开关；静止无功发生器包括功率单元和电抗器，静止无功发生器与预充电回路相连，功率单元与电抗器串联，预充电回路再通过交流开关与连接在电网的电源侧；晶闸管投切电抗器包括两组以上的电抗器支路，电抗器支路包括电抗器和电子开关，电抗器与电子开关串联，电抗器支路通过电子开关并联在电网的负载侧；控制保护系统分别与静止无功发生器、晶闸管投切电抗器相连，控制晶闸管投切电抗器中电抗器支路的投入以补偿无功，并控制静止无功发生器补偿无功。作为本专利技术一种地铁供电系统综合电能质量治理装置技术方案的进一步改进，电抗器分别与静止无功发生器的功率单元和晶闸管投切电抗器的电抗器支路相连；预充电回路包括充电电阻和第三断路器，第三断路器并联在充电电阻的两端；交流开关包括第一断路器、第二断路器、第一隔离开关和隔离开关；预充电回路依次通过第一断路器、第一隔离开关与电网相连；晶闸管投切电抗器的电抗器支路通过各自的隔离开关连接后，再通过第二断路器与电网相连。作为本专利技术一种地铁供电系统综合电能质量治理装置技术方案的进一步改进，控制保护系统包括A/D采样电路、数模混合电路、PWM形成电路、光电隔离电路、IGBT驱动模块和保护和逻辑模块;A/D采样电路采集模拟量信号，经过数模混合电路的计算，一路输出至保护和逻辑模块，保护和逻辑模块再输出信号至静止无功发生器的功率单元和电抗器支路的电子开关中的各开关器件；另一路信号经过PWM形成电路输出PWM波，再经过光电隔离电路和IGBT驱动模块输出至静止无功发生器的功率单元。作为本专利技术一种地铁供电系统综合电能质量治理装置技术方案的进一步改进，数模混合电路包括FPGA、DSP、双口 RAM、算法DSP模块和算法FPGA模块；FPGA将来自A/D采样电路的输入信号交互传输至DSP ;双口 RAM负责传递DSP和算法DSP模块之间的交互信息；DSP负责进行故障监测和逻辑控制处理，并通过保护和逻辑模块向电子开关输出控制信号；算法DSP模块负责进行算法处理，并通过算法FPGA模块向PWM形成电路输出PWM波。作为本专利技术一种地铁供电系统综合电能质量治理装置技术方案的进一步改进，A/D采样电路采集负载的电流k和经晶闸管投切电抗器补偿后负载的电流i' y以及电网电压U;数模混合电路根据负载的电流ip电网电压U，以及目标功率因数cosct计算出负载需要补偿的无功容量，再根据晶闸管投切电抗器和静止无功发生器的容量大小向晶闸管投切电抗器的电抗器支路的电子开关发出不同的投切指令。作为本专利技术一种地铁供电系统综合电能质量治理装置技术方案的进一步改进，当晶闸管投切电抗器包括两组电抗器支路时，控制保护系统按照以下规则确定晶闸管投切电抗器的补偿指令送，送决定电抗器支路投切的组数，并向电子开关的晶闸管组发出触发脉冲当Q彡Qe/2时，g = O，晶闸管投切电抗器各支路均不投，O QK/2由静止无功发生器补偿；当-QK/2 < Q彡O时，g = O，晶闸管投切本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种地铁供电系统综合电能质量治理装置，其特征在于，包括：静止无功发生器、晶闸管投切电抗器、预充电回路（3）、控制保护系统（4）和交流开关；所述静止无功发生器包括功率单元（1）和电抗器（L10），静止无功发生器与预充电回路（3）相连，功率单元（1）与电抗器（L10）串联，预充电回路（3）再通过交流开关与连接在电网的电源侧；所述晶闸管投切电抗器包括两组以上的电抗器支路，所述电抗器支路包括电抗器（L11～L1n）和电子开关（2），电抗器（L11～L1n）与电子开关（2）串联，电抗器支路通过电子开关（2）并联在电网的负载侧；所述控制保护系统（4）分别与静止无功发生器、晶闸管投切电抗器相连，控制晶闸管投切电抗器中电抗器支路的投入以补偿无功，并控制静止无功发生器补偿无功。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄燕艳，周方圆，龙礼兰，邱文俊，王才孝，涂绍平，沈辉，文韬，吴明水，吴选保，石二磊，邓建华，胡前，蔡蔚，张典，林丽，王群山，李幼保，周靖，
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：
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