专利名称：一种电气化铁路三相功率补偿器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电气化铁路三相功率补偿器，属于电气自动化设备技术领域。
背景技术：
电气化铁路的供电方式是在铁路沿线建立若干个牵引变电站，经牵引变压器降为单相 27. 5kV或55kV后通过牵引网向电力机车供电。电力机车采用25kV单相工频交流电压， 经全波整流后驱动直流牵引电动机，在架空接触导线和钢轨之间行驶。电力机车是一种大 功率单相整流牵引负荷，其供电和驱动方式决定它具有以下特点
a) 不对称性，产生负序电流，引起电网三相不平衡；
b) 非线性，产生谐波，注入谐波电流，引起电压波形畸变；
c) 冲击性负荷，引起系统电压波动；
d) 功率因数低， 一般在0.75左右。而且所需要的无功功率动态变化。 电铁所带来的电能质量问题，对电网及电网其他用户、包括电铁自身都产生了不利影响。
目前铁路牵引供电系统动态无功补偿的主要手段是在供电臂上安装晶闸管控制电抗 器(TCR)型的静止无功补偿器(SVC)。但是，TCR型在铁路的应用存在很大的局限性。 该产品在单相系统的应用，能够解决功率因数问题和部分谐波问题，但是，对于电力机车 的瞬时冲击性的跟踪性能不佳，而对于三相不平衡问题则不能起到作用。采用两相有源逆 变器背靠背连接的功率控制器是另一种补偿方式，但该方式由于有一侧需要采用逆变器的
并联连接，等效开关频率不高，对谐波的补偿不理想。
发明内容
本发明的目的是提出一种电气化铁路三相功率补偿器，克服现有技术之不足，以解决 电气化铁路固有的动态无功、谐波、功率因数和负荷不平衡的补偿问题。
本发明提出的电气化铁路三相功率补偿器，包括一台三相隔离变压器、三台连接电抗 器和三台单相链式换流器；所述的三相隔离变压器的原边采用三角形接线方式，三相隔离 变压器的三相出线端连接到电气化铁路的两相供电臂，三个副边绕组的同名端分别连接到 所述的三台连接电抗器的一端，三台连接电抗器的另一端分别连接到所述的三台单相链式 换流器的一个交流输出端，三台单相链式换流器的另一个交流输出端并接到一起后连接到 所述的三相隔离变压器的三个副边绕组的三个非同名端。
本发明提出的电气化铁路三相功率补偿器，其优点是该三相功率补偿器采用了三相 链式换流器通过隔离变压器实现三角形的连接，除可以实现动态无功的快速补偿外，还可以实现铁路负载不平衡负荷的补偿；由于链式换流器等效开关频率高，也可实现谐波滤波。 因此该发明可以有效地解决电气化铁路固有的动态无功、谐波、功率因数和负荷不平衡的 补偿问题。
图1为本发明提出的电气化铁路功率补偿器的应用接入电路原理图。 图2为本发明的电气化铁路三相功率补偿器的电路原理图。
具体实施例方式
本发明提出的电气化铁路功率补偿器其电路原理图如图2所示，包括一台三相隔离变 压器1、三台连接电抗器2及三台单相链式换流器3。三相隔离变压器1的原边采用三角 形接线方式，三相出线端连接到电气化铁路的两相供电臂，三个副边绕组的同名端分别连 接到三台连接电抗器2的一端，三台连接电抗器2的另一端分别连接到三台单相链式换流 器3的一个交流输出端，三台单相链式换流器3的另一个交流输出端并接到一起后连接到 三相隔离变压器1的三个副边绕组的三个非同名端。 '
图l是本发明的电气化铁路功率补偿器的应用接入电路原理图。如图l所示，牵引变 电站从电网引入三相交流电源A、 B、 C，经过两台单相变压器T1和T2 (或其他变压器降 压方式)降压形成两个单相牵引交流电源TN相和MN相， 一般N极通过铁轨接大地。TN 相和MN相分别为铁路线上的若干台牵引机车提供交流电源，而牵引机车工作时会产生无 功和谐波电流流入电网，另外由于是单相供电方式，流入电网的电流也是不平衡的。将本 发明的功率补偿器连接到N、 T、 M三个电源端，实现动态无功、不平衡负荷及谐波电流的 补偿。
如图2所示，本发明采用三相功率补偿器来实现动态无功、不平衡负荷及谐波电流的 补偿。三相隔离变压器(1)除实现隔离外也实现降压，以便能采用合适的电压等级的功 率半导体器件实现三台单相链式换流器(3)。三相隔离变压器(1)的原边采用三角形连 接以便于实现不平衡负荷的补偿，原边三个接线端N、 T、 M分别接入牵引供电母线N、 T、 M。三相隔离变压器(1)的三个副边绕组的同名端一端分别连接到三台连接电抗器(2) 的一端，三台连接电抗器(2)的另一端分别连接到三台单相链式换流器(3)的一个交流 输出端，三台单相链式换流器(3)的另一个交流输出端并接到一起后连接到三相隔离变 压器(1)的三个副边绕组的三个非同名端。单相链式换流器由多个单相电压源换流器的 交流输出端串联连接形成。
本发明的电气化铁路功率补偿器中，三台单相链式换流器(3)工作于无功补偿方式， 其输出电流可以实现分相独立控制，相应地三相隔离变压器(1)的原边绕组电流也可以 实现分相独立控制，因此可以根据不平衡负荷的电纳补偿原理实现牵引母线的不平衡负荷 补偿。此外，由于单相链式换流器的等效开关频率高，因此也可以实现多次谐波电流的补偿。和采用两相有源逆变器背靠背连接的功率控制器相比，两者的成本相当，但本发明的 补偿器谐波电流补偿性能更高，且在不完全补偿方式下运行时，本发明的补偿器能获得更 高的三相功率因数。
本发明的电气化铁路功率补偿器中，连接电抗器(2)也可以采用三相隔离变压器(1) 的漏抗实现。
本发明也可应用于其他类似的负荷补偿场合(如交流电弧炉的不平衡补偿)。任何基 于本发明电路所作的等效变换电路，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1、一种电气化铁路三相功率补偿器，其特征在于包括一台三相隔离变压器、三台连接电抗器和三台单相链式换流器；所述的三相隔离变压器的原边采用三角形接线方式，三相隔离变压器的三相出线端连接到电气化铁路的两相供电臂，三个副边绕组的同名端分别连接到所述的三台连接电抗器的一端，三台连接电抗器的另一端分别连接到所述的三台单相链式换流器的一个交流输出端，三台单相链式换流器的另一个交流输出端并接到一起后连接到所述的三相隔离变压器的三个副边绕组的三个非同名端。
全文摘要
本发明涉及一种电气化铁路三相功率补偿器，属于电气自动化设备技术领域。包括一台三相隔离变压器、三台连接电抗器和三台单相链式换流器。三相隔离变压器的原边采用三角形接线方式，三相隔离变压器的三相出线端连接到电气化铁路的两相供电臂，三个副边绕组的同名端分别连接到所述的三台连接电抗器的一端，三台连接电抗器的另一端分别连接到三台单相链式换流器的一个交流输出端，三台单相链式换流器的另一个交流输出端并接到一起后连接到三相隔离变压器的三个副边绕组的三个非同名端。本发明可实现动态无功的快速补偿外及铁路负载不平衡负荷的补偿，也可实现谐波滤波，有效解决了电气化铁路固有的动态无功、谐波、功率因数和负荷不平衡的补偿问题。
文档编号H02J3/18GK101478165SQ20091007732
公开日2009年7月8日 申请日期2009年2月17日 优先权日2009年2月17日
发明者刘文华, 刘文辉, 强 宋, 张秀娟, 李建国, 赵香花, 陈远华 申请人:清华大学;北京思源清能电气电子有限公司