混合型无功补偿装置的制作方法

1.本技术涉及无功补偿技术领域，特别是涉及一种混合型无功补偿装置。


背景技术：

2.铁路机车牵引供电线路的长距离、高电压传输工程，导致线路感性无功损耗，线路电压损失，引起末端电压降低；容性电流存在于线路中，引起线路保护误动作和线路断路器跳闸，产生的容性无功功率可造成电压电缆末端电压升高等一系列电压稳定性技术难题。
3.现有技术中为了实现末端电压的稳定，一般采用更大容量svg装置实现无功补偿，但其设备成本、设备损耗、设备维护工作量将大大增加；或采用mcr磁控电抗器方式加电容器组方式，但其设备自动跟踪能力较差，设备损耗及设备体积均较大。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够解决末端电压稳定的无功补偿装置。
5.为了实现上述目的，一方面，本实用新型实施例提供了一种混合型无功补偿装置，包括：至少一组功率开关模块、检测模块、至少两组并联的电容模块以及控制模块，功率开关模块、检测模块和电容模块均与铁道牵引供电网末端线路连接，电容模块与功率开关模块相互并联；检测模块与功率开关模块所在支路及电容模块所在支路连接，以检测相应支路的电流信号，检测模块还与末端线路连接，以检测末端线路电压信号；检测模块发送检测到的电压信号和/或电流信号至控制模块，控制模块基于接收到的电压信号和电流信号，输出控制信号至至少两组并联的功率开关模块中的至少一个和/或至少两组并联的电容模块中的至少一个；功率开关模块接收控制模块发送的控制信号调节其所在支路输出的感性无功功率；电容模块接收控制模块发送的控制信号控制其所在支路的电容组的投入或切除，以实现容性无功功率的补偿。
6.在其中一个实施例中，各个功率开关模块包括第一功率开关元件、第一整流二极管、第二功率开关元件、第二整流二极管、第三功率开关元件、第三整流二极管、第四功率开关元件和第四整流二极管，第一整流二极管的正极与第一功率开关元件的发射极连接，第一整流二极管的负极与第一功率开关元件的集电极连接，第二整流二极管的正极与第二功率开关元件的发射极连接，第二整流二极管的负极与第二功率开关元件的集电极连接，第三整流二极管的正极与第三功率开关元件的发射极连接，第三整流二极管的负极与第三功率开关元件的集电极连接，第四整流二极管的正极与第四功率开关元件的发射极连接，第四整流二极管的负极与第四功率开关元件的集电极连接，第一功率开关元件的发射极与第二功率开关元件的集电极连接，在第一功率开关元件的发射极与第二功率开关元件的集电极的连接支路设置第一输出端子，第三功率开关元件的发射极与第四功率开关元件的集电极连接，在第三功率开关元件的发射极与第四功率开关元件的集电极的连接支路设置第二输出端子。
7.在其中一个实施例中，检测模块包括分别设置于各个功率开关模块所在支路及各个电容模块所在支路的电流检测元件，以及设置于末端线路的电压检测元件。
8.在其中一个实施例中，电流检测元件为过流保护元件，过流保护元件与相应支路上的馈线断路器连接。
9.在其中一个实施例中，功率开关模块与电容模块分别通过馈线断路器与铁道牵引供电网末端线路连接。
10.在其中一个实施例中，还包括软充电单元；各个功率开关模块通过电抗器与软充电单元串联连接，软充电单元用于对应功率开关模块启动前的预充电。
11.在其中一个实施例中，功率开关模块还包括电抗器单元，电抗器单元一端与第一功率开关元件的集电极连接，电抗器单元另一端与第二功率开关元件的发射极连接。
12.在一个实施例中，功率开关模块还包括第一电容、第二电容和第三电容，第一电容与电抗器单元并联，第二电容与第一功率开关元件、第二功率开关元件所在支路并联；第三电容与第三功率开关元件、第四功率开关元件所在支路并联。
13.在一个实施例中，第一电容为直流电容器，第二电容、第三电容为吸收电容器。
14.在一个实施例中，各个电容模块包括三角接法的电容组或星型接法的电容组。
15.本技术通过至少一组功率开关模块和至少两组并联的电容模块接收控制模块发送的控制信号来实现无功补偿，检测模块检测功率开关模块所在支路以及各电容模块所在支路的电流，以及铁道牵引供电网末端线路的电压，控制模块接收检测到的电压和电流数据生成控制信号，从而控制电容模块的投/切，或功率开关模块感性无功功率的输出，实现末端电压的稳定，降低设备维护工作量，提高无功补偿的自动跟踪能力。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为一个实施例中混合型无功补偿装置模块结构图；
18.图2为另一个实施例中混合型无功补偿装置示意图；
19.图3为一个实施例中功率开关模块电路示意图；
具体实施方式
20.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
21.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
22.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
23.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外的取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
24.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
25.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
26.铁道牵引供电电网末端电压稳定性问题的解决方案一般是采用扩大变压器的容量、加大配电线路的线径、改变电网供电方式、缩短供电网长度等方法来提高供电能力，其主要是通过减少变压器及线路的等效阻抗来减少电压的损失造成的电压稳定性问题。
27.本技术的混合无功补偿装置可针对电网末端的电压值进行实时跟踪，可对电网因感性无功过多导致的末端电压降低而进行电压提升，同时也可针对供电线路因回路容性无功过多导致的末端电压过高而进行电压稳定，以保证供电网供电电压的稳定。
28.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
29.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种混合型无功补偿装置，包括：至少一组功率开关模块、检测模块、至少两组并联的电容模块以及控制模块，功率开关模块、检测模块和电容模块均与铁道牵引供电网末端线路连接，电容模块与功率开关模块相互并联；检测模块与功率开关模块所在支路及电容模块所在支路连接，以检测相应支路的电流信号，检测模块还与末端线路连接，以检测末端线路电压信号；
30.检测模块发送检测到的电压信号和/或电流信号至控制模块，控制模块基于接收到的电压信号和电流信号，输出控制信号到至少两组并联的功率开关模块中的至少一个和/或至少两组并联的电容模块中的至少一个；功率开关模块接收控制模块发送的控制信号调节其所在支路输出的感性无功功率；电容模块接收控制模块发送的控制信号控制其所在支路的电容组的投入或切除，以实现容性无功功率的补偿。
31.其中，功率开关模块所在支路可以输出感性无功功率，电容模块所在支路可以输出容性无功功率，当功率开关模块输出的感性无功功率增加时，末端电网电压降低，当功率开关模块输出的感性无功功率过多导致末端电网电压过低时，需要进行电压提升进行电压稳定。电容模块输出的容性无功功率增加时，末端电网电压降低，当电容模块输出的容性无功功率过多导致末端电网电压过高时，需要进行电压降低进行电压稳定。
32.其中，功率开关模块中的功率开关组件可以是igbt，还可以是igct。
33.在一个实施例中，如图1和2所示，以开关组件为igbt为例，可以是两组并联的电容模块与一组igbt模块相互并联，检测模块与igbt模块支路、第一电容模块支路、第二电容模块支路连接，以检测第一电容模块支路的第一电流信号、第二模块支路的第二电流信号、igbt模块支路的第三电流信号；检测模块还与末端线路连接，以检测末端线路的第一电压信号；控制模块接收第一电流信号、第二电流信号、第三电流信号以及第一电压信号，输出控制信号至igbt模块、第一电容模块和/或第二电容模块。
34.上述方案通过对末端线路的电压进行实时检测，通过调节igbt模块输出的感性无功功率以及电容模块输出的容性无功功率，实现末端线路电压的稳定。在一个实施例中，如图3所示，以开关组件为igbt为例，各个igbt模块包括第一igbt元件q1、第一整流二极管d1、第二igbt元件q2、第二整流二极管d2、第三igbt元件q3、第三整流二极管d3、第四igbt元件q4和第四整流二极管d4，第一整流二极管d1的正极与第一igbt元件q1的发射极连接，第一整流二极管d1的负极与第一igbt元件q1的集电极连接，第二整流二极管d2的正极与第二igbt元件q2的发射极连接，第二整流二极管d2的负极与第二igbt元件q2的集电极连接，第三整流二极管d3的正极与第三igbt元件q3的发射极连接，第三整流二极管d3的负极与第三igbt元件q3的集电极连接，第四整流二极管d4的正极与第四igbt元件q4的发射极连接，第四整流二极管d4的负极与第四igbt元件q4的集电极连接，第一igbt元件q1的发射极与第二igbt元件q2的集电极连接，在第一igbt元件q1的发射极与第二igbt元件q2的集电极的连接支路设置第一输出端子t1，第三igbt元件q3的发射极与第四igbt元件q4的集电极连接，在第三igbt元件q3的发射极与第四igbt元件q4的集电极的连接支路设置第二输出端子t2。
35.在一个实施例中，第一igbt元件q1、第二igbt元件q2、第三igbt元件q3、第四igbt元件q4均包括双极型三极管和mos管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。
36.在一个实施例中，第一igbt元件q1的栅极、第二igbt元件q2的栅极、第三igbt元件q3的栅极、第四igbt元件q4的栅极基于控制模块发送的控制信号以驱动相应的igbt元件。
37.将上述方案中的igbt模块替换为igct模块的方案，与上述技术方案类似，在此不再赘述。
38.在一个实施例中，当检测模块检测到的末端线路电压大于或等于第一预设阈值时，控制模块基于末端线路电压和第一预设阈值的差值，确定需要补偿的容性无功功率的大小，并基于检测到的电容模块所在支路的电流信号大小，确定投入运行的电容模块支路，控制模块生成控制信号以控制相应的电容模块。
39.在一个实施例中，当检测模块检测到的末端线路电压小于第一预设阈值时，控制模块基于末端线路电压和第一预设阈值的差值，确定需要补偿的感性无功功率的大小，并基于检测到的功率开关模块所在支路的电流信号大小，确定投入运行的功率开关模块，控制模块生成控制信号以控制相应的功率开关模块；和/或基于检测到的电容模块所在支路的电流信号大小，确定切除的电容模块，控制模块生成控制信号以控制相应的电容模块的切除。
40.上述方案通过检测模块对末端线路的电压进行实时检测，基于与预设电压阈值的大小对比，基于电压差值确定需要调节的无功功率大小，控制模块确定需要控制的功率开关模块或电容模块，并生成控制信号发送至相关的功率开关模块和/或电容模块，实现末端
线路电压的稳定。
41.在一个实施例中，所述检测模块包括分别设置于各个所述功率开关模块所在支路及各个所述电容模块所在支路的电流检测元件，以及设置于所述末端线路的电压检测元件。
42.其中，电流检测元件检测相应支路的电流大小，电压检测元件检测相应线路节点的电压大小。
43.在一个实施例中，如图2所示，igbt模块所在支路设置第一电流检测元件ta1，第一电容模块所在支路设置第二电流检测元件ta2，第二电容模块所在支路设置第三电流检测模块tan。
44.在一个实施例中，电流检测元件、电压检测元件均与控制模块连接，控制模块设置有电流信号输入接口及电压信号输入接口，电流检测元件连接电流检测信号，电压检测元件连接电压信号输入接口。
45.在一个实施例中，检测模块设置有电流信号输出接口及电压信号输出接口，电流输出接口及电压信号输出接口均与控制模块连接，控制模块基于从电流信号输出接口及电压信号输出接口接收到的信号，输出控制信号至相应的igbt模块和/或电容模块。
46.在一个实施例中，电流检测元件为过流保护元件，过流保护元件与相应支路上的馈线断路器连接。
47.具体地，过流保护元件可以是包含检测输出电流的器件的过流检测保护电路。
48.在一个实施例中，igbt模块与电容模块分别通过馈线断路器与所述铁道牵引供电网末端线路连接。
49.在一个实施例中，如图2所示，igbt模块通过馈线断路器qf1与铁道牵引供电网末端线路连接。第一电容模块包括电容c1，通过馈线断路器qf2与铁道牵引供电网末端线路连接。第二电容模块包括c2，通过馈线断路器qfn与铁道牵引供电网末端线路连接。进一步地，馈线断路器qf1、qf2、qfn均连接至隔离开关qf，并经由隔离开关qf与末端线路连接。
50.进一步地，在一个实施例中，如图2所示，igbt模块所在支路设置接地的避雷器fv1，第一电容模块所在支路设置接地的避雷器fv2，第二电容模块所在支路设置接地的避雷器fvn，避雷器用于保护所在支路免受雷击时高瞬态过电压的冲击。
51.在一个实施例中，所述馈线断路器与控制模块连接，馈线断路器接收控制模块发送的控制信号以实现对相应支路的通断和投切。
52.具体地，当需要将其中一电容模块投入运行时，控制模块发出控制信号控制电容模块相应支路馈线断路器合闸，以接入相应支路。
53.上述方案通过控制模块确定需要控制的igbt模块或电容模块，并生成控制信号发送至相关的igbt模块和/或电容模块所在支路的馈线断路器，精准控制相应支路的通断，以实现无功补偿。
54.在一个实施例中，混合型无功补偿装置，还包括软充电单元；各个igbt模块通过电抗器与软充电单元串联连接，软充电单元用于对应igbt模块启动前的预充电。
55.在一个实施例中，如图2所示，igbt模块通过电抗器l1与软充电单元r串联连接。
56.在一个实施例中，软充电单元并联连接短路开关km，igbt模块正常工作时，闭合短路开关km。
57.在一个实施例中，igbt模块还包括电抗器单元，电抗器单元一端与第一igbt元件的集电极连接，所述电抗器单元另一端与第二igbt元件的发射极连接。
58.在一个实施例中，如图3所示，igbt模块还包括第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3，第一电容c1与电抗器单元并联，第二电容c2与第一igbt元件、第二igbt元件所在支路并联；第三电容c3与第三igbt元件、第四igbt元件所在支路并联。
59.具体地，第一电容可以是直流电容器，第二电容、第三电容可以是吸收电容器。其中，第一电容可以过滤电压信号中的交流信号，第二电容、第三电容主要用于吸收尖峰电压，消除由杂散电感引起的尖峰电压。
60.在一个实施例中，各个电容模块可以包括三角接法的电容组或星型接法的电容组。
61.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
62.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
63.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。