一种用于平衡牵引变压器的lc耦合电气化铁道系统功率调节装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于平衡牵引变压器的LC耦合电气化铁道系统功率调节装置，所述电气化铁道系统包括高压电网、平衡牵引变压器和两相牵引供电系统；所述LC耦合电气化铁道系统功率调节装置包括：超前相LC耦合支路、滞后相LC耦合支路、超前相牵引网、滞后相牵网、超前相降压变压器、滞后相降压变压器、超前相逆变器、滞后相逆变器和直流电容。本发明所提供的一种LC耦合电气化铁道系统功率调节装置能够成功应对电气化铁道系统的各种电能质量问题，提高牵引变压器的容量利用率。本发明具备结构简单、制造难度低、成本低、占地少、可靠性高，以及实用性强的特点。
【专利说明】—种用于平衡牵引变压器的LC耦合电气化铁道系统功率调节装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及电气化铁道供电领域，更具体地，涉及一种用于平衡牵引变压器的LC耦合电气化铁道系统功率调节装置。
【背景技术】
[0002]随着我国电力机车不断朝高速客运与重载货运方向发展，由牵引网渗透至公共电力系统的负序、无功和谐波显著增加，严重威胁并电网的安全稳定运行。
[0003]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一牵引变电所，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无功和奇数次谐波，奇数次谐波渗透至公共电力系统除增加系统的损耗之外，还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，从而严重影响电气化铁道的运力，也将增加铁路运营商所缴纳的电费成本。况且，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。
[0004]考虑到经济性，我国牵引变电所三相进线普遍采用相序轮换技术，但对于山区等电网相对薄弱地区的牵引变电所，该方法仍难以满足国家标准对电能质量所提出的要求。
[0005]平衡牵引变压器以其较好的负序抑制能力在我国牵引供电系统中得到了广泛应用(目前我国60%?70%的牵引变电所采用的均是平衡变压器)，但该优异特性受负荷的波动性影响较大-两相负荷越不平衡其抑制负序的能力越差，这种现象对于地处偏远资源富集地区的电气化铁道牵引供电系统显得尤为明显。此外，在没有辅助装备的情况下，平衡牵引变压器自身并不具备补偿无功和抑制谐波的功能。
[0006]在两相牵引馈线安装SVC能对无功和谐波进行补偿，但对负序的抑制效果有限，而且在占用较大安装空间的同时，易与系统阻抗产生谐振，治理效果和可靠性均难达到理想状态。
[0007]针对这些方法的不足，国内外同行提出了多种基于大功率全控型功率器件的有源解决方案。其中，日本学者Mochinaga.Yoshifumi所提出的铁路功率调节器以其优异的综合治理效果和通用性受到了相关工业部门的广泛关注。但较高的补偿容量和投资成本限制了它的进一步工业大规模推广。另外，对于分布在我国广大国土面积上的铁路网系统，而又伴随着经济社会发展很不平衡的国情来说，上述制约条件显得尤为明显。自1993年提出至今，该系统仅在国内外少数牵引变电所投入了实际应用。[0008]不难看出，现有技术还存在一定的缺陷。
【发明内容】
[0009]有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种用于平衡牵引变压器的LC耦合电气化铁道系统功率调节装置，所述电气化铁道系统包括高压电网、平衡牵引变压器和两相牵引供电系统，所述两相牵引供电系统包括超前相牵引网与滞后相牵引网；所述LC耦合电气化铁道系统功率调节装置包括:超前相LC耦合支路、滞后相LC耦合支路、超前相牵引馈线、滞后相牵引馈线、超前相降压变压器、滞后相降压变压器、超前相逆变器、滞后相逆变器和直流电容；
[0010]其中，所述平衡牵引变压器的一次侧接入于高压电网；
[0011]所述平衡牵引变压器二次侧的超前相与超前相牵引网、超前相LC耦合支路连接，平衡牵引变压器二次侧的滞后相与滞后相牵引网、滞后相LC耦合支路连接；
[0012]超前相LC耦合支路还与超前相降压变压器一次侧连接，滞后相LC耦合支路还与滞后相降压变压器一次侧连接；
[0013]超前相降压变压器二次侧与超前相逆变器连接；滞后相降压变压器二次侧与滞后相逆变器连接；
[0014]超前相逆变器与滞后相逆变器通过直流电容背靠背连接。
[0015]进一步的，所述超前相LC耦合支路由电感和电容串联构成。
[0016]进一步的，所述超前相LC耦合支路设置为单调谐滤波器。
[0017]进一步的，所述滞后相LC耦合支路由电感和电容串联构成。
[0018]进一步的，所述滞后相LC耦合支路设置为单调谐滤波器。
[0019]进一步的，所述超前相降压变压器为单相双绕组变压器或单相多绕组变压器。
[0020]进一步的，所述滞后相降压变压器为单相双绕组变压器或单相多绕组变压器。
[0021]进一步的，所述超前相LC耦合支路的绝对值IXLC α |、滞后相LC耦合支路电抗的绝对值|XLCβ |，分别以超前相逆变器、滞后相逆变器的端口运行电压、补偿容量最小原则进行设计，并分别按下式进行取值，即
【权利要求】
1.一种用于平衡牵引变压器的LC耦合电气化铁道系统功率调节装置，所述电气化铁道系统包括高压电网、平衡牵引变压器和两相牵引供电系统，所述两相牵引供电系统包括超前相牵引网与滞后相牵引网；其特征在于: 所述LC耦合电气化铁道系统功率调节装置包括:超前相LC耦合支路、滞后相LC耦合支路、超前相牵引馈线、滞后相牵引馈线、超前相降压变压器、滞后相降压变压器、超前相逆变器、滞后相逆变器和直流电容； 其中，所述平衡牵引变压器的一次侧接入高压电网； 所述平衡牵引变压器二次侧的超前相与超前相牵引网、超前相LC耦合支路连接，平衡牵引变压器二次侧的滞后相与滞后相牵引网、滞后相LC耦合支路连接； 超前相LC耦合支路还与超前相降压变压器一次侧连接，滞后相LC耦合支路还与滞后相降压变压器一次侧连接； 超前相降压变压器二次侧与超前相逆变器连接；滞后相降压变压器二次侧与滞后相逆变器连接； 超前相逆变器与滞后相逆变器通过直流电容背靠背连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于平衡牵引变压器的LC耦合电气化铁道系统功率调节装置，其特征在于: 所述超前相LC耦合支路由电感和电容串联构成。
3.根据权利要求1所述的一种用于平衡牵引变压器的LC耦合电气化铁道系统功率调节装置，其特征在于: 所述超前相LC耦合支路设置为单调谐滤波器。
4.根据权利要求1所述的一种用于平衡牵引变压器的LC耦合电气化铁道系统功率调节装置，其特征在于: 所述滞后相LC耦合支路由电感和电容串联构成。
5.根据权利要求1所述的一种用于平衡牵引变压器的LC耦合电气化铁道系统功率调节装置，其特征在于: 所述滞后相LC耦合支路设置为单调谐滤波器。
6.根据权利要求1所述的一种用于平衡牵引变压器的LC耦合电气化铁道系统功率调节装置，其特征在于: 所述超前相降压变压器为单相双绕组变压器或单相多绕组变压器。
7.根据权利要求1所述的一种用于平衡牵引变压器的LC耦合电气化铁道系统功率调节装置，其特征在于: 所述滞后相降压变压器为单相双绕组变压器或单相多绕组变压器。
8.根据权利要求1所述的一种用于平衡牵引变压器的LC耦合电气化铁道系统功率调节装置，其特征在于: 所述超前相LC耦合支路的绝对值IXLCa |、滞后相LC耦合支路电抗的绝对值|ΧΙΧβ |，分别以超前相逆变器、滞后相逆变器的端口运行电压、补偿容量最小原则进行设计，并分别按下式进行取值，即
【文档编号】H02J3/24GK103972910SQ201410171533
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】胡斯佳, 李勇, 张志文, 罗隆福, 曹一家 申请人:湖南大学