專利名稱：一種用于電氣化鐵路牽引側(cè)的三相svc補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電氣化鐵路供電、電力電子技術(shù)及電能質(zhì)量治理領(lǐng)域，具體講涉及一種用于電氣化鐵路牽引側(cè)的三相SVC補(bǔ)償裝置。
背景技術(shù)：
隨著電氣化鐵路的迅速發(fā)展，電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響已經(jīng)成為一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。一方面，由于我國(guó)電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)都采用單相供電方式，電力機(jī)車為單相負(fù)荷，無(wú)論牽引變壓器采取何種接線方式，都將向電力系統(tǒng)注入較大的負(fù)序電流；另一方面，電力機(jī)車采用電力電子變流器，會(huì)產(chǎn)生諧波電流注入電力系統(tǒng)。此外，由于牽引變電所的負(fù)荷隨供電臂內(nèi)列車的數(shù)量和每一列車的運(yùn)行狀態(tài)隨時(shí)波動(dòng)，因此電氣化鐵路負(fù)荷還具有隨機(jī)波動(dòng)性。伴隨著客運(yùn)高速和貨運(yùn)重載鐵路的發(fā)展，上述問(wèn)題還會(huì)出現(xiàn)不同程度的新變化(1)牽引負(fù)荷容量的逐漸增大，這將直接造成注入系統(tǒng)中的負(fù)序電流增大，進(jìn)而使電力系統(tǒng)的三相電壓不平衡問(wèn)題加重。尤其是在我國(guó)許多地區(qū)，電氣化鐵路供電系統(tǒng)的短路容量將長(zhǎng)期滯后于電氣化鐵路負(fù)荷的發(fā)展。因此，電氣化鐵路負(fù)序問(wèn)題將成為今后我國(guó)電氣化鐵路電能質(zhì)量中首要問(wèn)題。(2)直流驅(qū)動(dòng)電力機(jī)車逐漸被交流驅(qū)動(dòng)電力機(jī)車所取代。由電力機(jī)車產(chǎn)生的無(wú)功電流和低次諧波電流將大為減小，交流傳動(dòng)機(jī)車負(fù)荷側(cè)功率因數(shù)很高，因此穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)無(wú)功引起的電能質(zhì)量問(wèn)題也將顯著減弱，三相電壓波動(dòng)將主要由單相電鐵負(fù)荷的有功沖擊引起。針對(duì)上述電氣化鐵路的電能質(zhì)量問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)采取了各種補(bǔ)償措施。其中，比較普遍的方法是在牽引站裝設(shè)固定電容(Fixed Capacitor, FC)補(bǔ)償設(shè)備。這類設(shè)備的共同特點(diǎn)是在無(wú)功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)對(duì)諧波電流進(jìn)行治理。但是由于這類裝置屬于固定補(bǔ)償方式，不能靈活調(diào)節(jié)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，補(bǔ)償裝置在供電臂空載或輕載時(shí)將向系統(tǒng)倒送無(wú)功，造成母線電壓升高，對(duì)機(jī)車工作不利，而在重載時(shí)無(wú)功補(bǔ)償又不足。隨著電力電子技術(shù)和柔性輸配電技術(shù)的發(fā)展，靜止無(wú)功補(bǔ)償器(Static VarCompensator，SVC)、靜止同步補(bǔ)償器 Gtatic Synchronous Compensator, STATC0M)以及基于自關(guān)斷器件的大容量鐵路功率調(diào)節(jié)器(Railway Static Power Conditioner, RPC)開始應(yīng)用于電氣化鐵路的電能質(zhì)量治理。由于電氣化鐵路為高壓大容量負(fù)荷，因此對(duì)電能質(zhì)量裝置也具有高壓大容量的需求。對(duì)于基于自關(guān)斷器件的STATC0M和RPC等治理裝置，需要通過(guò)多電平、多重化、級(jí)聯(lián)等技術(shù)提高裝置的容量，裝置設(shè)計(jì)復(fù)雜、造價(jià)高、控制難度大。相對(duì)STATC0M和RPC，基于晶閘管的靜止無(wú)功補(bǔ)償器SVC可以較容易的實(shí)現(xiàn)裝置高壓大容量的要求，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方法成熟、工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，因此在電氣化鐵路電能質(zhì)量治理中得到了廣泛的應(yīng)用。目前用于電氣化鐵路補(bǔ)償?shù)腟VC通常有兩種方式一種是在牽引側(cè)的兩個(gè)供電臂分別加裝單相靜止無(wú)功補(bǔ)償器SVC，采用單相晶閘管控制電抗器(Thyristor ControlledReactor, TCR)加固定電容FC構(gòu)成的單相SVC直接安裝在牽引側(cè)，又稱直掛式SVC ；另一種是系統(tǒng)側(cè)SVC，采用單相晶閘管控制電抗器TCR加FC構(gòu)成的三相SVC安裝在牽引變?cè)厒?cè)，如果裝在電力系統(tǒng)變電站內(nèi)，則可實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)內(nèi)的集中電能質(zhì)量補(bǔ)償。牽引側(cè)SVC直接裝設(shè)在供電臂上，通過(guò)調(diào)節(jié)晶閘管觸發(fā)角實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)TCR所產(chǎn)生的無(wú)功功率，使負(fù)載無(wú)功變化與TCR所產(chǎn)生的變化無(wú)功功率之和為常數(shù)，此常數(shù)感性無(wú)功功率與FC的容性無(wú)功功率相抵消，最終使電網(wǎng)的功率因數(shù)保持在較高的水平，同時(shí)使?fàn)恳W(wǎng)電壓保持在要求的范圍內(nèi)。此外，通過(guò)FC支路濾除電力機(jī)車產(chǎn)生的諧波，使裝置具有供電臂電壓支撐、功率因數(shù)控制和諧波抑制的綜合補(bǔ)償效果，具有接入電壓等級(jí)低、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但是該種補(bǔ)償方式由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)供電臂之間的能量流通，所以不能實(shí)現(xiàn)負(fù)序補(bǔ)償。電網(wǎng)側(cè)SVC接于三相系統(tǒng)，其功率因數(shù)控制和諧波抑制原理與牽引側(cè)SVC基本相同，還可進(jìn)一步利用斯坦米茲(Meinmetz)原理實(shí)現(xiàn)對(duì)不平衡負(fù)荷的進(jìn)行補(bǔ)償，起到補(bǔ)償電氣化鐵路負(fù)序電流的作用。但是，由于三相系統(tǒng)電壓等級(jí)較高(IlOkV)以上，SVC需要通過(guò)升壓變才能接入，這將增加SVC的占地面積和工程造價(jià)，也增加了 SVC設(shè)計(jì)制造上的復(fù)雜性。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述電氣化鐵路負(fù)荷的負(fù)序、諧波和低功率因數(shù)等電能質(zhì)量問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種用于電氣化鐵路牽引側(cè)的三相SVC補(bǔ)償裝置，該裝置采用三角形接線方式接入牽引變壓器的低壓側(cè)，該裝置各相均采用單相晶閘管控制電抗器TCR并聯(lián)固定電容FC結(jié)構(gòu)。根據(jù)電氣化鐵路負(fù)荷的補(bǔ)償需求，裝置的各相可采用不對(duì)稱設(shè)計(jì)，可綜合實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣化鐵路負(fù)荷的供電臂電壓支撐、功率因數(shù)控制、諧波抑制和負(fù)序補(bǔ)償功能；不僅能夠克服牽引側(cè)單相SVC不能補(bǔ)償負(fù)序電流的缺點(diǎn)，也可省略電網(wǎng)側(cè)SVC的升壓變壓器，是一種集牽引側(cè)SVC和電網(wǎng)側(cè)SVC優(yōu)點(diǎn)于一體的三相SVC補(bǔ)償裝置。本實(shí)用新型的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種用于電氣化鐵路牽引側(cè)的三相SVC補(bǔ)償裝置，所述裝置包括靜止無(wú)功補(bǔ)償器SVC;其改進(jìn)之處在于，所述靜止無(wú)功補(bǔ)償器SVC包括采用三角形接線方式連接的三相結(jié)構(gòu)；其中每相包括并聯(lián)的晶閘管控制電抗器TCR支路和固定電容FC支路；所述裝置用的供電臂包括供電臂a、b ；所述供電臂a和鋼軌c組成ac ；所述供電臂b和鋼軌c組成be ；所述供電臂a和供電臂b組成ab ；所述每相分別接于ac、be和ab之間。本實(shí)用新型提供的一種優(yōu)選的技術(shù)方案是所述靜止無(wú)功補(bǔ)償器SVC與牽引變壓器的低壓側(cè)連接；所述負(fù)載電力機(jī)車連接在供電臂a與鋼軌c之間。本實(shí)用新型提供的第二優(yōu)選的技術(shù)方案是所述晶閘管控制電抗器TCR支路包括依次串聯(lián)的電抗器與反并聯(lián)的晶閘管閥；所述固定電容FC支路包括依次串聯(lián)的電抗器和電容器。本實(shí)用新型提供的第三優(yōu)選的技術(shù)方案是所述固定電容FC支路包括依次串聯(lián)的電抗器、電容器和電阻。本實(shí)用新型提供的第四優(yōu)選的技術(shù)方案是對(duì)所述固定電容FC支路和晶閘管控制電抗器TCR支路的參數(shù)進(jìn)行不對(duì)稱設(shè)計(jì)。本實(shí)用新型提供的第五優(yōu)選的技術(shù)方案是所述牽引變壓器包括^idll、V/v和平衡變壓器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型達(dá)到的有益效果是(1)本實(shí)用新型提供的用于電氣化鐵路牽引側(cè)的三相SVC補(bǔ)償裝置，裝置各相均采用單相晶閘管控制電抗器TCR并聯(lián)固定電容FC結(jié)構(gòu)，可綜合解決電氣化鐵路負(fù)荷的諧波、負(fù)序和低功率因數(shù)問(wèn)題；(2)本實(shí)用新型提供的三相SVC補(bǔ)償裝置接于電氣化鐵路牽引變壓器的低壓側(cè)，無(wú)需升壓變壓器，可減少裝置占地面積，降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度及造價(jià)；(3)本實(shí)用新型提供的三相SVC補(bǔ)償裝置中的三相采用三角形接線方式，并且各相的參數(shù)進(jìn)行不對(duì)稱設(shè)計(jì)，可最大限度的減小裝置的整體容量；(4)本實(shí)用新型提供的三相SVC補(bǔ)償裝置將電氣化鐵路負(fù)荷的諧波、負(fù)序和低功率因數(shù)問(wèn)題抑制在牽引側(cè)，不僅減少諧波、無(wú)功導(dǎo)致的牽引變壓器損耗，還可減少諧波、負(fù)序和無(wú)功在電力系統(tǒng)中傳播所導(dǎo)致的高壓供電線路和供電變壓器等損耗。

圖1是依據(jù)本實(shí)用新型的用于電氣化鐵路牽引側(cè)的三相SVC補(bǔ)償裝置主電路結(jié)構(gòu)示意圖，其中1 電力機(jī)車；2 牽引變壓器；3 三相靜止無(wú)功補(bǔ)償器SVC ；4 晶閘管控制電抗器(TCR) ；5 固定電容/濾波器(FC)；供電臂a ；供電臂b ；鋼軌c ；圖2是依據(jù)本實(shí)用新型具體實(shí)施例YNdll接線牽引變壓器的牽引側(cè)三相SVC補(bǔ)償裝置接線圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。圖1是依據(jù)本實(shí)用新型的用于電氣化鐵路牽引側(cè)的三相SVC補(bǔ)償裝置主電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本實(shí)用新型提供的牽引側(cè)三相SVC補(bǔ)償裝置3用于電氣化鐵路牽引側(cè)，采用三角形接線方式，每相均采用晶閘管控制電抗器TCR支路4并聯(lián)固定電容FC支路5的結(jié)構(gòu)，該裝置用的供電臂包括供電臂a、b ；每相分別接于ac(供電臂a與鋼軌c)、be (供電臂b與鋼軌c)以及ab(供電臂a和供電臂b)之間。其中，晶閘管控制電抗器TCR支路4由電抗器與反并聯(lián)晶閘管閥串聯(lián)組成，晶閘管控制電抗器TCR正常工作時(shí)，反并聯(lián)晶閘管分別在其承受正向電壓期間從電壓峰值到過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間間隔內(nèi)觸發(fā)導(dǎo)通。晶閘管控制電抗器TCR只能提供滯后功率因數(shù)的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率，為了能將動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展到超前功率因數(shù)區(qū)域，采用固定電容FC支路5與晶閘管控制電抗器TCR支路4并聯(lián)，且使固定電容FC支路容量大于晶閘管控制電抗器TCR支路容量。固定電容FC支路5由兩個(gè)電抗器與電容器串聯(lián)組成，兩個(gè)電抗器分別在電容器的兩邊，有時(shí)固定電容FC支路5也采用由電抗器、電容器和電阻串聯(lián)的組成方式，固定電容FC支路5在工頻下等效為容抗，而在特征頻率表現(xiàn)出低阻抗，可以對(duì)晶閘管控制電抗器TCR支路4和負(fù)載電力機(jī)車1產(chǎn)生的諧波分量起濾波作用。實(shí)際中，可根據(jù)需要濾波的次數(shù)設(shè)計(jì)成多組固定電容FC支路5與晶閘管控制電抗器TCR支路4并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。牽引側(cè)三相SVC補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償原理是通過(guò)向供電臂a和供電臂b分別注入補(bǔ)[0035]其中，
權(quán)利要求1.一種用于電氣化鐵路牽引側(cè)的三相SVC補(bǔ)償裝置，所述裝置包括靜止無(wú)功補(bǔ)償器(3)；其特征在于，所述靜止無(wú)功補(bǔ)償器(3)包括采用三角形接線方式連接的三相結(jié)構(gòu)；其中每相包括并聯(lián)的晶閘管控制電抗器支路(4)和固定電容支路(5)；所述裝置用的供電臂包括供電臂a、b ；所述供電臂a和鋼軌c組成ac ；所述供電臂b和鋼軌c組成be ；所述供電臂a和供電臂b組成ab ；所述每相分別接于ac、bc和ab之間。
2.如權(quán)利要求1所述的三相SVC補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述靜止無(wú)功補(bǔ)償器(3)與牽引變壓器⑵的低壓側(cè)連接；所述負(fù)載電力機(jī)車⑴連接在供電臂a與鋼軌c之間。
3.如權(quán)利要求1所述的三相SVC補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述晶閘管控制電抗器支路(4)包括依次串聯(lián)的電抗器與反并聯(lián)的晶閘管閥；所述固定電容支路(5)包括依次串聯(lián)的電抗器和電容器。
4.如權(quán)利要求3所述的三相SVC補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述固定電容支路(5)包括依次串聯(lián)的電抗器、電容器和電阻。
5.如權(quán)利要求1所述的三相SVC補(bǔ)償裝置，其特征在于，對(duì)所述固定電容支路(5)和晶閘管控制電抗器支路的參數(shù)進(jìn)行不對(duì)稱設(shè)計(jì)。
6.如權(quán)利要求2所述的三相SVC補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述牽引變壓器( 包括Yndl U V/v和平衡變壓器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于電氣化鐵路牽引側(cè)的三相SVC補(bǔ)償裝置，該裝置包括采用三角形接線方式連接的三相結(jié)構(gòu)的靜止無(wú)功補(bǔ)償器；其中每相包括并聯(lián)的晶閘管控制電抗器支路和固定電容支路；該裝置用的供電臂包括供電臂a、b；靜止無(wú)功補(bǔ)償器SVC每相分別接于ac(供電臂a與鋼軌c)、bc(供電臂b與鋼軌c)和ab(供電臂a與供電臂b)之間，本實(shí)用新型可綜合實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣化鐵路負(fù)荷的供電臂電壓支撐、功率因數(shù)控制、諧波抑制和負(fù)序補(bǔ)償功能；不僅能夠克服牽引側(cè)單相SVC不能補(bǔ)償負(fù)序電流的缺點(diǎn)，也可省略電網(wǎng)側(cè)SVC的升壓變壓器，是一種集牽引側(cè)SVC和電網(wǎng)側(cè)SVC優(yōu)點(diǎn)于一體的三相SVC補(bǔ)償裝置。
文檔編號(hào)H02J3/18GK202178574SQ201120284708
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者喬光堯, 于坤山, 劉穎英, 周勝軍 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院