一种同相供电变电所的负序补偿装置及其方法与流程

本发明涉及交流电气化铁路供电领域，尤其涉及一种负序补偿技术的同相供电变所。

背景技术

电气化铁道普遍采用由公用电力系统供电的单相工频交流制，为使单相的牵引负荷在三相电力系统中尽可能平衡分配，电气化铁道往往采用轮换相序、分相分区供电的方案。分相分区处的相邻供电区之间用分相绝缘器隔离，形成电分相，简称分相。电分相环节是整个牵引供电系统中最薄弱的环节，列车过分相成为了高速铁路乃至整个电气化铁路牵引供电的瓶颈。

理论和实践表明在牵引变电所采用单相牵引变压器或组合式同相供电技术可以取消其出口处的电分相，在分区所采用双边连通技术可以取消该处的电分相，从而消除供电瓶颈，提高铁路供电能力和运输能力。但其核心通过改变牵引变电所的有功潮流来实现负序补偿，使负序达标。

本发明不改变牵引变电所的有功潮流，通过无功潮流控制来解决牵引变电所的负序补偿的技术问题，使负序治理达到国家标准。

技术实现要素：

本发明目的是提供了一种同相供电变电所的负序补偿装置及其方法，能有效地解决牵引变电所产生的负序进行实时补偿的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案具体如下：

一种同相供电变电所的负序补偿装置，该同相供电变电所包括三相高压母线、与所述三相高压母线连接的单相主变压器和与所述单相主变压器连接的牵引网；其中：所述负序补偿装置主要由三相补偿变压器、无功补偿器和测控单元构成；所述三相补偿变压器的原边与三相高压母线hb的abc三相连接，所述三相补偿变压器次边与所述无功补偿器连接；所述无功补偿器与所述测控单元连接。

所述测控单元主要由电压互感器、电流互感器和控制器共同构成；所述控制器的输入端分别与所述电压互感器、电流互感器的测量端连接，所述控制器输出端与所述无功补偿器的控制端连接。

进一步优选地，所述电压互感器原边并接于所述三相高压母线中的a相和b相之间，所述电流互感器原边串接于所述单相主变压器原边a相馈线。

更进一步优选地，所述无功补偿器主要由第一无功补偿单元和第二无功补偿单元组成。

具体地，当所述三相补偿变压器为ynd联结组时，则所述第一无功补偿单元与三相补偿变压器次边a相端口连接，所述第二无功补偿单元与三相补偿变压器次边b相端口连接。

具体地，当所述三相补偿变压器为dnd联结组时，所述三相补偿变压器次边ca相端口与所述第一无功补偿单元连接，所述三相补偿变压器次边bc相端口与所述第二无功补偿单元连接。

优选地，所述单相主变压器原边绕组与所述三相高压母线中的a相和b相连接，所述单相主变压器次边绕组一端接地，所述单相主变压器次边绕组另一端引至牵引网。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的又一技术方案具体如下：

一种使用上述技术方案中任意一项所述的负序补偿装置的同相供电变电所的负序补偿方法，其中，设三相高压母线的负序允许容量为sd，设牵引网负荷功率因数为1，所述负序补偿方法包括步骤具体为：所述控制器利用t时刻电压互感器和电流互感器分别测量的电流和电压计算出通过单相主变压器的负荷对应的负序功率s；控制器在单相主变压器的负荷处于牵引工况条件下控制第一无功补偿单元吸收感性无功功率q1、第二无功补偿单元吸收等量的容性无功功率q2，而在单相主变压器的负荷处于再生工况条件下控制第一无功补偿单元吸收容性无功功率q1、第二无功补偿单元吸收等量的感性无功功率q2，设q1与q2产生的负序分量之和的大小为sc，则q1、q2的值为当q1、q2＜0时，令q1＝q2＝0，代表第一无功补偿单元和第二无功补偿单元均停运。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、所需无功补偿器只产生负序分量，不产生正序分量，即不占有电网的正序容量，与之配套的三相补偿变压器只传输负序功率，不传输正序功率，具有免缴容量电费的技术优势，同时，不改变牵引变电所牵引网的有功潮流。

二、无功补偿器工况可逆，当同相供变电系统处于等效再生工况时，仍可向电网送出达标的电能。

三、单相主变压器tt与三相补偿变压器mt可以共箱安装，减少占地。

四、结构简单，性能优越、技术先进、方法可靠，易于实施。

附图说明

图1是本发明所述负序补偿装置所在的同相供电变电所的结构示意图。

图2是本发明所述测控单元与无功补偿器之间关系结构示意图。

图3是本发明控制器的输入、输出关系示意图。

图4是本发明实施例一所述负序补偿装置的三相补偿变压器与无功补偿器之间关系结构示意图。

图5是本发明实施例二所述负序补偿装置的三相补偿变压器与无功补偿器之间关系结构示意图。

图6是本发明实施例三所述的负序补偿方法的流程示意图。

具体实施方式

为了更好理解本发明创造，在此简要说明本发明工作原理：交直交列车的功率因数很高，可达到1，以三相高压母线位负序达标考核点，则牵引负荷产生的负序电流或功率可以通过安装负序补偿系统进行补偿，补偿后达到国标要求，其中负序补偿系统通过其无功补偿器svg产生负序潮流，且不改变原有的有功潮流。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种同相供电变电所的负序补偿装置，该同相供电变电所包括三相高压母线hb、与所述三相高压母线hb连接的单相主变压器tt和与所述单相主变压器tt连接的牵引网ocs。其中，所述负序补偿装置ncs主要由三相补偿变压器mt、无功补偿器svg和测控单元mc构成；所述三相补偿变压器mt的原边与三相高压母线hb的abc三相连接，所述三相补偿变压器mt次边与所述无功补偿器svg连接；所述无功补偿器svg与所述测控单元mc连接。在本发明实施例中，所述单相主变压器tt原边绕组与所述三相高压母线hb中的a相和b相连接，所述单相主变压器tt次边绕组一端接地，所述单相主变压器tt次边绕组另一端引至牵引网ocs。在本发明实施例中，所述牵引网ocs向负荷(列车)lc供电。

如图2和图3所示，所述测控单元mc主要由电压互感器pt、电流互感器ct和控制器cd共同构成；所述控制器cd的输入端分别与所述电压互感器pt、电流互感器ct的测量端连接，所述控制器cd输出端与所述无功补偿器svg的控制端。在本发明实施例中，所述电压互感器pt原边并接于所述三相高压母线hb中的a相和b相之间，所述电流互感器ct原边串接于所述单相主变压器tt原边a相馈线。

如图3和图4所示，所述无功补偿器svg主要由第一无功补偿单元svg1和第二无功补偿单元svg2组成。在本发明实施例中，所述三相补偿变压器mt为ynd联结组，所述第一无功补偿单元svg1与三相补偿变压器mt次边a相端口连接，所述第二无功补偿单元svg2与三相补偿变压器mt次边b相端口连接。

由于所述包括第一无功补偿单元svg1和第二无功补偿单元svg2的无功补偿器svg只产生负序分量，不产生正序分量；所述三相补偿变压器mt只传输负序功率，不传输正序功率。因此，所述控制器cd在负荷lc处于牵引(或再生)工况条件下控制第一无功补偿单元svg1吸收感性(容性)无功功率、第二无功补偿单元svg2吸收容性(感性)无功功率。

在本发明实施例中，所述单相主变压器tt原边、电压互感器pt亦可同时连接于三相高压母线hb中的b相和c相上，或者同时连接于三相高压母线hb中的c相和a相上，所述三相补偿变压器mt次边与第一无功补偿单元svg1和第二无功补偿单元svg2连接亦作相应调整。

实施例二

如图1所示，本发明实施例提供了一种同相供电变电所ss，该同相供电变电所包括三相高压母线hb、与所述三相高压母线hb连接的单相主变压器tt和与所述单相主变压器tt连接的牵引网ocs；其中：所述同相供电变电所ss还包括负序补偿装置ncs；所述负序补偿装置ncs主要由三相补偿变压器mt、无功补偿器svg和测控单元mc构成；所述三相补偿变压器mt的原边与三相高压母线hb的abc三相连接，所述三相补偿变压器mt次边与所述无功补偿器svg连接；所述无功补偿器svg与所述测控单元mc连接。在本发明实施例中，所述单相主变压器tt原边绕组与所述三相高压母线hb中的a相和b相连接，所述单相主变压器tt次边绕组一端接地，所述单相主变压器tt次边绕组另一端引至牵引网ocs。在本发明实施例中，所述牵引网ocs向列车lc供电。

如图2和图3所示，所述测控单元mc主要由电压互感器pt、电流互感器ct和控制器cd共同构成；所述控制器cd的输入端分别与所述电压互感器pt、电流互感器ct的测量端连接，所述控制器cd输出端与所述无功补偿器svg的控制端。在本发明实施例中，所述电压互感器pt原边并接于所述三相高压母线hb中的a相和b相之间，所述电流互感器ct原边串接于所述单相主变压器tt原边a相馈线。

如图4所示，所述无功补偿器svg主要由第一无功补偿单元svg1和第二无功补偿单元svg2组成。在本发明实施例中，所述三相补偿变压器mt为dnd联结组，所述三相补偿变压器mt次边ca相端口与所述第一无功补偿单元svg1连接，所述三相补偿变压器mt次边bc相端口与所述第二无功补偿单元svg2连接。

由于所述包括第一无功补偿单元svg1和第二无功补偿单元svg2的无功补偿器svg只产生负序分量，不产生正序分量；所述三相补偿变压器mt只传输负序功率，不传输正序功率。因此，所述控制器cd在负荷lc处于牵引(或再生)工况条件下控制第一无功补偿单元svg1吸收感性(容性)无功功率、第二无功补偿单元svg2吸收容性(感性)无功功率。

在本发明实施例中，所述单相主变压器tt原边、电压互感器pt亦可同时连接于三相高压母线hb中的b相和c相上，或者同时连接于三相高压母线hb中的c相和a相上，所述三相补偿变压器mt次边与第一无功补偿单元svg1和第二无功补偿单元svg2连接亦作相应调整。

所述包括第一无功补偿单元svg1和第二无功补偿单元svg2的无功补偿器svg只产生负序分量，不产生正序分量；所述三相补偿变压器mt只传输负序功率，不传输正序功率。

实施例三

如图6所示，本发明实施例提供了一种使用实施例一或实施例二中所述的负序补偿装置的同相供电变电所的负序补偿方法，其中，所述负序补偿方法包括步骤具体为：设三相高压母线hb的负序允许容量为sd，设牵引网负荷功率因数为1；

控制器cd利用t时刻电压互感器pt和电流互感器ct分别测量的电流和电压，并计算出通过单相主变压器tt的负荷对应的负序功率s；

在单相主变压器tt的负荷处于牵引工况条件下，所述控制器cd控制第一无功补偿单元svg1吸收感性无功功率为q1、第二无功补偿单元svg2吸收等量的容性无功功率为q2，设q1与q2产生的负序分量之和的大小为sc，则q1、q2的值为当q1、q2＜0时，令q1＝q2＝0，代表第一无功补偿单元和第二无功补偿单元均停运。

在单相主变压器tt的负荷处于再生工况条件下，所述控制器cd控制第一无功补偿单元svg1吸收容性无功功率为q1、第二无功补偿单元svg2吸收等量的感性无功功率为q2，设q1与q2产生的负序分量之和的大小为sc，则q1、q2的值为当q1、q2＜0时，令q1＝q2＝0，代表第一无功补偿单元和第二无功补偿单元均停运。

因此，本发明实施例所述负序补偿方法利用无功补偿器只产生负序分量，不产生正序分量的特点，不仅能不占有电网的正序容量及与之配套的三相补偿变压器只传输负序功率，不传输正序功率；还具有免缴容量电费的技术优势，以及不改变牵引变电所牵引网的有功潮流。