一种多馈线组合式供变电构造
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及城市轨道交通供电领域，尤其涉及一种多馈线组合式供变电构造。
【背景技术】
[0002]干线电气化铁路普遍采用由公用电网供电的单相工频交流制，为使单相的牵引负荷在三相电网中尽可能取得平衡，往往对铁路沿线的各个牵引变电所采用轮换相序接入电网的供电方案，而单个牵弓I变电所往往采用电网三相中的两相供电。申请者提出的《一种电气化铁路同轴电缆供电系统，申请号:201410271250.9》，可以大大延长牵引变电所之间的供电距离，进而减少因牵引变电所数量增加而增加的影响列车顺畅运行的分相数量，同时，可以方便地将单相工频交流制引入以地铁、轻轨为代表的城市轨道交通的供电。与干线电气化铁路不同，城市轨道交通的每条线路较短并且相互独立、互不交叉，采用单相工频交流制同轴电缆供电系统可以消除现有单相直流制引起的杂散电流及其对地下建筑物和金属管道的不良影响，还能保持无分相的优势。当然，与电气化铁路一样，城市轨道交通也有使单相的牵引负荷在三相电网中尽可能保持平衡的问题，就是尽可能把各条线路轮换相序接入电网。
[0003]针对电气化铁路的单个牵引变电所和多条线路在同一地点集中轮换相序接入电网的城市轨道交通变电所，本申请提出一种新的构造方案，用最小容量和最小成本的有源补偿技术，使随机波动的牵引负荷产生的剩余负序就地平衡并满足国标要求。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的就是提供一种多馈线组合式供变电构造，提出电气化铁路的单个牵引变电所和多条线路在同一地点集中轮换相序接入电网的城市轨道交通变电所的构造方案，用最小容量和最小成本的有源补偿技术，使随机波动的牵引负荷产生的剩余负序(电压不平衡)就地平衡并满足国标要求。
[0005]本实用新型的目的是由以下技术方案来实现的:
[0006]一种多馈线组合式供变电构造，主要由牵引变压器和有源补偿装置组成；其中，牵引变压器至少具有二台，均为单相接线，有源补偿装置由匹配变压器MT和交直交变流器ADA构成，其匹配变压器MT为三相YNd接线，交直交变流器ADA为单相结构；各个牵引变压器原边绕组依次连接于高压母线ABC三个线电压UfUp Uca，其中连接于线电压Uab上的牵引变压器记为牵引变压器一 TTAB，连接于线电压Ubc上的牵引变压器记为牵引变压器二TTbc,连接于线电压Uca上的牵引变压器记为牵引变压器三TTca;匹配变压器MT的三个原边绕组分别连接于同一高压母线ABC三个相电压UA、UB、U。，匹配变压器MT的三个次边绕组分别连接三组交直交变流器的输入端口，其中连接于相电压队的一组交直交变流器记为交直交变流器一 ADAa，连接于相电压Ub的一组交直交变流器记为交直交变流器二 ADA b，连接于相电压U。的一组交直交变流器记为交直交变流器三ADA。;牵引变压器一 TT λβ次边绕组与交直交变流器三ADA。的输出端口相并联，一端接地，一端经牵引母线R输出馈线一 Fab;牵引变压器二 TTbc次边绕组与交直交变流器一 ADAa的输出端口相并联，一端接地，一端经牵引母线S输出馈线二 Fb。;牵引变压器三TT CA次边绕组与交直交变流器二 ADAb的输出端口相并联，一端接地，一端经牵引母线T输出馈线三Fca;馈线F ab、馈线Fb。、馈线FcJ^电压分别对应原边三个线电压UAB、UBC、UCA，其大小相同、相位互差120°。
[0007]记馈线一 Fab的负荷功率为Sab、馈线二 Fbe的负荷功率为Sb。、馈线三Fea的负荷功率为Sca,记负荷功率{Sab, Sbc, ScJ中最小负荷功率Smin= min {S ab, Sbc, Sca}，负荷功率{sab, Sbc, ScJ中最大负荷功率Smax= max {S ab, Sbc, ScJ，认为负荷功率因数为1，对应特定标准和馈线负荷组合工况，分三种情形:
[0008]甲、若最大负荷功率Smax=馈线一 F ab的负荷功率S ab，则有源补偿装置中的交直交变流器三ADA。的计算容量取馈线一 F ab的负荷功率S ^与最小负荷功率S min之差S ab_Smin所引起的三相电压不平衡度超标部分功率的一半；
[0009]乙、若最大负荷功率Smax =馈线二 Fbe的负荷功率Sb。，则有源补偿装置中的交直交变流器一 ADAa的计算容量取馈线二 F b。的负荷功率S b。与最小负荷功率S min之差S bc;_Smin所引起的三相电压不平衡度超标部分功率的一半；
[0010]丙、若最大负荷功率Smax =馈线三F Μ的负荷功率S ca,则有源补偿装置中的交直交变流器二 ADAb的计算容量取馈线三F Μ的负荷功率S⑶与最小负荷功率S min之差S M_Smin所引起的三相电压不平衡度超标部分功率的一半。
[0011]本实用新型的工作原理分以下两方面说明:
[0012]A、当负荷的功率因数相同时，在正序电压下相位相差90°的负荷产生的负序相量的相位则相差180°，这就形成了最直接的、最小容量的负序补偿理论基础。在正序电压下线电压UAB、Ubc, %4分别与相电压U c、UA、仏相位相差90°，于是有，连接于线电压U λβ上的牵引变压器一 1~1^与匹配变压器MT连接于相电压U。的一对绕组及其交直交变流器三ADA。相匹配，连接于线电压Ub。上的牵引变压器二 TT BC与匹配变压器MT连接于相电压U 4的一对绕组及其交直交变流器一 ADAaffi匹配，连接于线电压U CA上的牵引变压器三TT CA与匹配变压器MT连接于相电压Ub的一对绕组及其交直交变流器二 ADA ^目匹配。
[0013]B、当负荷的功率因数相同时，相位相差120°的三相负荷产生的合成负序是由三相中两个较大的负荷(其大小分别为SmaxjR S max2)减去二相中最小的负荷(其大小为Smin)后剩余的相量(其大小分别为Smaxl-Smin和S max2-smin)叠加而成的，或者说，可认为三相负荷的大小经配项分别记为Smin+(Smaxl-Smin)、Smin+(Smax2-Smin)和Smin，其中三相Smin是对称的，其负序抵消，合成负序由两相负荷所余大小Smaxl-SmidP Smax2-Smin在负序电压下按120°叠加得到，这样可以进一步减小对有源补偿装置容量的需求。由此并结合工作原理A可以确定有源补偿装置中的各交直交变流器的容量，分三种情形:
[0014]甲、若最大负荷功率Smax=馈线一 Fab的负荷功率Sab，则有源补偿装置中的交直交变流器三ADA。的计算容量取馈线一 F ab的负荷功率S ^与最小负荷功率S min之差S ab_Smin所引起的三相电压不平衡度超标部分功率的一半；
[0015]乙、若最大负荷功率Smax =馈线二 F b。的负荷功率S b。，则有源补偿装置中的交直交变流器一 ADAa的计算容量取馈线二 F b。的负荷功率S b。与最小负荷功率S min之差S bc;_Smin所引起的三相电压不平衡度超标部分功率的一半；
[0016]丙、若最大负荷功率Smax =馈线三F Μ的负荷功率S ca,则有源补偿装置中的交直交变流器二 ADAb的计算容量取馈线三F Μ的负荷功率S⑶与最小负荷功率S min之差S M_Smin所引起的三相电压不平衡度超标部分功率的一半。
[0017]同样，各交直交变流器按以下规则运行，亦分三种情形:
[0018]甲、若最小负荷功率Smin=馈线一 Fab的负荷功率Sab，则有源补偿装置中的交直交变流器三ADA。不工作，而交直交变流器一 ADA 3按馈线二 F b。负荷功率S b。与馈线一 F ab负荷功率Sab之差S bc;-Sab的一半在其计算容量内分担馈线二 F b。的负荷功率S b。，交直交变流器二ADAb按馈线三F ^负荷功率S ^与馈线一 F ^负荷功率S ab之差S M-Sab的一半在其计算容量内分担馈线三Fea的负荷功率S ca；
[0019]乙、若最小负荷功率Smin=馈线二 F b。的负荷功率S b。，则有源补偿装置中的交直交变流器一 ADAa不工作，而交直交变流器二 ADA )3按馈线三F⑶负荷功率S ^与馈线二 F b。负荷功率Sbe之差S ea_Sb。的一半在其计算容量内分担馈线三F ea的负荷功率S ca,交直交变流器三ADA。按馈线一 F &负荷功率S &与馈线二 F b。负荷功率S b。之差S ab_Sb。的一半在其计算容量内分担馈线一 Fab的负荷功率S ab;
[0020]丙、若最小负荷功率Smin=馈线三F ea的负荷功率S ca,则有源补偿装置中的交直交变流器二 ADAb不工作，而交直交变流器一 ADA 3按馈线二 F b。负荷功率S b。与馈线三F Μ负荷功率Sm之差S ^-Sca的一半在其计算容量内分担馈线二 F b。的负荷功率S b。，交直交变流器三ADA。按馈线一 F &负荷功率S &与馈线三F⑶负荷功率S Μ之差S ab_SM的一半在其计算容量内分担馈线一 Fab的负荷功率S ab。
[0021]即是说，各交直交变流器的最大分担功率等于其计算容量。
[0022]这种多馈线组合式供变电构造具有组合性。当只有两组负荷时，可以选择牵引变压器一 TTab、牵引变压器二 TTbc、牵引变压器三TTca中的任意两台给负荷供电，对应的匹配变压器MT也连接两组交直交变流器；当多于三组负荷时，则按照全部负荷尽可能均匀分布于三相电网的原则，在对应的牵引母线上引出馈线即可，相应地调整对应的牵引变压器、匹配变压器及交直交变流器的计算容量而不用增加设备套数。
[0023]高速和重载铁路已广泛采用基于IGBT、IGCT等全控型器件的大功率交直交型电力机车或动车组，其负荷的功率因数接近于1，一般只计及其有功负荷即可，所含无功负荷是感性的，其量极小，可以忽略。但当无功负荷不可忽略时，如使用交直型电力机车的场合，可由交直交变流器输出端口进行无功功率补偿，使其功率因数升高。
[0024]根据可靠性要求，可以考虑牵引变压器、匹配变压器及交直交变流器的备用数量与方式。
[0025]本实用新型与现有技术相比的有益效果是:
[0026]一、本实用新型具有良好的组合性，容易按照实际需求增减供电设备，实现合成负序相量在360°范围内的跟踪补偿。
[0027]二、本实用新型可以实现价格昂贵的有源补偿装置容量需求的最小化，从而大大减少其在供电设备中所占比重，有效减少一次性投资。
[0028]三、本实用新型可以方便地用于负荷转换为再生反馈情形，进一步增强系统的节能效果。
[0029]四、本实用新型技术先进、可靠，易于实施。
[0030]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步的描述。
【附图说明】