LC耦合电气化铁道同相供电方式电能质量综合控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种LC耦合电气化铁道同相供电方式电能质量综合控制系统，包括非对称V/v牵引变压器，非对称V/v牵引变压器的一次侧与电网相连；非对称V/v牵引变压器二次侧的超前相、滞后相分别与超前相LC耦合支路、滞后相LC耦合支路相连；超前相LC耦合支路、滞后相LC耦合支路分别与第一降压变压器的一次侧、第二降压变压器的一次侧相连，第一降压变压器的二次侧、第二降压变压器的二次侧分别与超前相逆变器、滞后相逆变器相连；超前相逆变器与滞后相逆变器经公共的直流电容背靠背连接。本发明专利技术采用两个逆变器背靠背连接，能够成功实现有功的转移，同时便于逆变器独立补偿各相的无功和谐波，从而彻底解决电气化铁道同相供电系统中的所有电能质量问题。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种LC耦合电气化铁道同相供电方式电能质量综合控制系统，包括非对称V/v牵引变压器，非对称V/v牵引变压器的一次侧与电网相连；非对称V/v牵引变压器二次侧的超前相、滞后相分别与超前相LC耦合支路、滞后相LC耦合支路相连；超前相LC耦合支路、滞后相LC耦合支路分别与第一降压变压器的一次侧、第二降压变压器的一次侧相连，第一降压变压器的二次侧、第二降压变压器的二次侧分别与超前相逆变器、滞后相逆变器相连；超前相逆变器与滞后相逆变器经公共的直流电容背靠背连接。本专利技术采用两个逆变器背靠背连接，能够成功实现有功的转移，同时便于逆变器独立补偿各相的无功和谐波，从而彻底解决电气化铁道同相供电系统中的所有电能质量问题。【专利说明】LC耦合电气化铁道同相供电方式电能质量综合控制系统
本专利技术涉及电气化铁道供电领域，特别涉及一种LC耦合电气化铁道同相供电方式电能质量综合控制系统。
技术介绍
传统的供电系统通常为三相对称系统，而电气化铁道所用的供电系统为两相或单相供电系统，故在将三相电变为两相电或单相电的核心环节-牵引变电所，因两相牵引负荷不平衡，使得高压侧三相电流不对称，大量负序电流注入公共电网，对三相电力系统的对称运行和旋转电气设备带来了严重威胁。根据牵引变电所高压进线的短路容量不同，负序电流也将对三相进线电压的对称性产生不同程度的影响，对于地处山区、高原等电网相对薄弱地区的牵引变电所，其高压侧电压不平衡度难以满足国标GB/T15543-1995所规定的低于2%的要求。另外，我国大部分电气化铁路上依然大量运行着AC-DC型电力机车，其所采用的单相整流型传动系统在牵引网中产生大量奇数次谐波和无功，奇数次谐波渗透至公共电力系统将严重影响电力系统的安全运行，同时，如不对牵引网的无功进行补偿，牵引变电所供电区段的末端电压将会大幅降低，从而严重影响铁路的运力，也将增加铁路运营商所缴纳的电费成本。加上机车负荷具有随机性和冲击性，使得上述电能质量问题也具有随机性和冲击性，从而大大增加了对其进行治理的难度。考虑到经济性，为求得对电力系统的平衡，我国牵引变电所高压进线普遍采用相序轮换技术，但对于山区、高原等电网相对薄弱地区的牵引变电所该方法难以达到国标对三相电压不平衡度所提出的要求。采用平衡牵引变压器能获得比非平衡变更强的负序抑制能力，但其抑制负序的能力受机车负荷的波动性影响较大。统计结果表明，随着牵引馈线行车密度的下降或空载概率的增大，平衡变压器抑制负序的能力将大为降低，而且这种接线较为复杂的牵引变压器在增加成本的同时自身并不具备补偿无功和抑制谐波的能力。在牵引变电所采用晶闸管投切电容/电抗器的对称补偿方法能对两相牵引供电系统的负序和无功进行综合补偿，但在技术和经济上均难达到理想状态。针对上述方法的不足，学者及工程师们提出了多种基于IGBT或IGCT等全控型功率器件的有源拓扑结构。在众多有源方案中，采用电感耦合型单相逆变器背靠背连接所构成的铁路功率调节器(下文称L-RPC)以其优异的补偿性能和通用性受到了广泛关注，该系统通过重新分配牵引变电所两相馈线的有功潮流，并独立补偿各相的谐波和无功，能有效应对牵引变电所的各种电能质量问题，但较大的补偿容量和高昂投资成本成为了它进一步推广的主要障碍，众多铁路建设项目对其望而却步，现仅在国内、外少数牵引变电所投入了实际应用。另外，为进一步适应我国高速电气化铁路的发展要求，进一步提高普速电气化铁路的供电性能及运力，一种以减少牵引网电分相环节为主要目的新型电气化铁路供电方式-同相供电系统，以及在其基础上发展起来的对称补偿技术受到了国内外同行和相关铁路建设项目的关注。将L-RPC与同相供电系统相结合以进行潮流控制为核心的对称补偿技术已在国内开展了少量研究，但较高的投资成本依然是它难以大范围推广的主要原因。因此，为了应对电气化铁道供电系统电能质量的挑战，适应电气化铁道新型供电系统的发展要求，探索具有较高性价比和能实现供、用电企业双赢的电气化铁道电能质量综合治理系统成为了目前噬需解决的重要课题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种成本低并且能够解决电气化铁道同相供电系统电能质量问题的LC耦合电气化铁道同相供电方式电能质量综合控制系统。本专利技术解决上述问题的技术方案是:一种LC耦合电气化铁道同相供电方式电能质量综合控制系统，包括非对称V/v牵引变压器、超前相LC耦合支路、滞后相LC耦合支路、第一降压变压器、第二降压变压器、超前相逆变器、滞后相逆变器和一个直流电容，所述非对称V/v牵引变压器的一次侧与电网相连，其二次侧的超前相与牵引网相连，为机车负荷供电；所述非对称V/v牵引变压器二次侧的超前相、滞后相分别与超前相LC耦合支路、滞后相LC耦合支路相连，超前相LC耦合支路、滞后相LC耦合支路分别与第一降压变压器一次侦U、第二降压变压器一次侧相连；第一降压变压器二次侧、第二降压变压器二次侧分别与超前相逆变器、滞后相逆变器相连，所述超前相逆变器与滞后相逆变器经公共的直流电容背靠背连接。所述非对称V/v牵引变压器由两个变比不相等的单相变压器按V/v接线连接构成。所述超前相LC耦合支路由第一电感和第一电容串接构成。所述滞后相LC耦合支路由第二电感和第二电容串接构成。所述第一降压变压器和第二降压变压器可以为单相双绕组变压器，也可以为单相多绕组变压器。 所述超前相逆变器、滞后相逆变器采用多个单相两电平逆变器或者多个单相二极管钳位式多电平逆变器相并联的拓扑结构，亦或者采用多个小功率H桥逆变器串联连接的链式拓扑结构；当采用多个小功率H桥逆变器串联连接的链式拓扑结构时，省去第一降压变压器和第二降压变压器，超前相LC耦合支路、滞后相LC耦合支路分别与超前相逆变器、滞后相逆变器相连。所述超前相LC耦合支路的参数按照最小运行电压法则设计，即超前相LC耦合支路电抗的绝对值|X& I应使得下式中Vinvapu为最小。【权利要求】1.一种LC耦合电气化铁道同相供电方式电能质量综合控制系统，其特征在于:包括非对称V/v牵引变压器、超前相LC耦合支路、滞后相LC耦合支路、第一降压变压器、第二降压变压器、超前相逆变器、滞后相逆变器和一个直流电容，所述非对称V/v牵引变压器的一次侦屿电网相连，其二次侧的超前相与牵引网相连，为机车负荷供电；所述非对称V/v牵引变压器二次侧的超前相、滞后相分别与超前相LC耦合支路、滞后相LC耦合支路相连，超前相LC耦合支路、滞后相LC耦合支路分别与第一降压变压器一次侧、第二降压变压器一次侧相连；第一降压变压器二次侧、第二降压变压器二次侧分别与超前相逆变器、滞后相逆变器相连，所述超前相逆变器与滞后相逆变器经公共的直流电容背靠背连接。2.如权利要求1所述的LC耦合电气化铁道同相供电方式电能质量综合控制系统，其特征在于:所述非对称V/v牵引变压器由两个变比不相等的单相变压器按V/v接线连接构成。3.如权利要求1所述的LC耦合电气化铁道同相供电方式电能质量综合控制系统，其特征在于:所述超前相LC耦合支路由第一电感和第一电容串接构成。4.如权利要求1所述的LC耦合电气化铁道同相供电方式电能质量综合控制系统，其特征在于:所述滞后相LC耦合支路由第二电感和第二电容串接构成。5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LC耦合电气化铁道同相供电方式电能质量综合控制系统，其特征在于：包括非对称V/v牵引变压器、超前相LC耦合支路、滞后相LC耦合支路、第一降压变压器、第二降压变压器、超前相逆变器、滞后相逆变器和一个直流电容，所述非对称V/v牵引变压器的一次侧与电网相连，其二次侧的超前相与牵引网相连，为机车负荷供电；所述非对称V/v牵引变压器二次侧的超前相、滞后相分别与超前相LC耦合支路、滞后相LC耦合支路相连，超前相LC耦合支路、滞后相LC耦合支路分别与第一降压变压器一次侧、第二降压变压器一次侧相连；第一降压变压器二次侧、第二降压变压器二次侧分别与超前相逆变器、滞后相逆变器相连，所述超前相逆变器与滞后相逆变器经公共的直流电容背靠背连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张志文，胡斯佳，罗隆福，李勇，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43