一种电气化铁路牵引变电所联合补偿系统及补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电气化铁路牵引变电所联合补偿系统及补偿方法，属于电能质量 控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 为了减少电气化铁路接入对公共电网的影响，通常会在牵引变安装铁路功率调节 装置即RPC (Railway Power Conditioner)等电力电子补偿设备。常规的RPC都是基于单 个牵引变电所设计，若要达到较好的补偿效果，需要较大的设备容量，因此建设成本和运行 损耗都很高。而采用多个牵引变电所则都是由同一个高压变电所供电，只要电铁产生的负 序电流不经过高压变电所流入公共电网，对电网的影响就十分有限，即使存在一定的负序 污染，也被限制在由高压变电所到牵引变的供电线路所构成的很小区域内。
[0003] -方面，如果对单个牵引变进行独立补偿，对每个牵引变的补偿容量要求都很高， 而由于存在供电线路不平衡及牵引变自身运行参数不对称等问题，即使容量设置足够大， 实际上仍有负序电流流出牵引变。另一方面，各个牵引变产生的负序电流相位是不一致的， 如果汇流后可自然抵消一部分。所以通过联合补偿可以调节各个牵引变负序电流的幅值和 相位，使得汇流后的负序电流更容易降到零。
【发明内容】
[0004] 发明目的：基于常规RPC独立补偿的缺点和多个RPC联合补偿的优点，为了克服现 有技术中存在的不足，本发明提供一种可显著减少补偿容量的电气化铁路牵引变电所联合 补偿系统及补偿方法。
[0005] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种电气化铁路牵引变电所联合补 偿系统，包括公共电网供电母线，公共电网供电母线同一供电路径下接有的至少两个牵引 变电所，牵引变电所内安装的铁路功率调节装置即RPC和上层控制器； 所述牵引变电所采用Scott变压器，输出端为T端和M端，相位相差90°，牵引负荷分 别接在T端和M端； 所述铁路功率调节装置的交流侧接于Scott变压器的T端和M端。
[0006] 其中，所述上层控制器包括检测模块、控制模块、接收模块和人机交互模块，所 述检测模块包括负载功率检测单元和RPC补偿状态检测单元，负载功率检测单元接在各 Scott变压器的T端和M端，RPC补偿状态检测单元接于各RPC的就地控制器上；所述控制 模块，包括根据联合补偿方法进行算法计算，生成RPC控制器运行参考值的服务器；所述接 收模块为进行通讯数据接收以及通讯数据格式和控制器数据格式转换的数据通讯设备；所 述人机交互模块包括可进行运行参数显示和运行参数设定的输入/输出装置。
[0007] -种电气化铁路牵引变电所联合补偿方法，包括以下步骤： (1)公共电网通过公共电网供电母线向牵引变电所供电，上层控制器在线采集各牵引 负荷的功率消耗和各RPC可用容量； (2) 以公共电网供电母线注入公共电网的总负序电流，即汇流后的 负序电流为补偿目标，其有功分量和无功分量分别为各站有功差额总和 ΣΔ石和各站无功差额总和ΣΔβ，通过补偿方法将补偿目标分配到位于不同牵引变的 RPC ； (3) 指定最靠近公共电网供电母线的RPC作为终端RPC进行校正，根据连接点本身或靠 近连接点的负序电流值，通过终端RPC的控制目标，产生就地补偿信号，并与上层控制器的 指令置加。
[0008] 其中，所述步骤（2)中的补偿方法包括两种工作模式：比例模式和顺序模式，比例 模式是将总的补偿目标按照比例分配给各RPC，而不考虑各RPC容量限制；顺序模式是从距 离公共电网供电母线最远的RPC开始，依次按照最大可用容量进行补偿，直到需要补偿的 总功率分配完毕止。
[0009] 其中，所述步骤（3)中所述的终端RPC的控制目标为：Τ侧控制负序有功电分量为 零，首先补偿负序无功分量为零，其次补偿一半的正序无功分量为零;M侧控制直流侧电压 为恒定；补偿一半的正序无功分量为零。
[0010] 发明原理：本发明系统由底层的铁路功率调节装置和上层控制器组成，适用于高 压变电所的同一公共电网供电母线下接有多个牵引变电所的情况，且牵引变采用SCOTT变 压器。每个牵引变内部，安装一台RPC，其交流侧分别接于变压器的两个低压端。上层控制 器在线采集各站牵引负荷的功率和各RPC可用容量，因为各个牵引变产生的负序电流相位 是不一致的，如果汇流后可自然抵消一部分。所以通过联合补偿统一优化各RPC的控制目 标值，并向每个底层RPC实时发送，可以调节各个牵引变负序电流的幅值和相位，使得汇流 后的负序电流更容易降到零。最后一个RPC具有终端校正功能，能够消除存在供电线路不 平衡及牵引变自身运行参数不对称等问题。
[0011] 有益效果：（1)在每个牵引变上依然采用常规的RPC，只是其控制目标由上层控制 统一下发，故可以在RPC原有基础设施上进行改造升级，便于推广应用。
[0012] (2)根据高压侧的电气量，由上层控制器统一优化分配目标，而各个牵引变产生的 负序电流相位是不一致的，如果汇流后可自然抵消一部分，因此可显著地减少总的补偿容 量，并可充分利用剩余容量补偿无功，更好地提高连接点的功率因数。
[0013] (3)优化算法可以根据各RPC剩余容量进行分配补偿目标，只对补偿总容量有要 求，而对各自的容量无特别要求，故对容量的配置以及利用更加的合理。
[0014] (4)最后一个RPC具有终端校正功能，故能够在离公共电网供电母线最近处，直接 消除存在供电线路不平衡及牵引变自身运行参数不对称等问题。
[0015] 综上所述，本发明拥有显著地减少总的补偿容量，充分利用剩余容量补偿无功，更 好地提高连接点的功率因数，以及补偿效果更直接精确的特点。随着我国电气化铁路、高 铁、城市地铁等项目的快速发展，该方法将拥有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的系统结构图； 图2是本发明采用RPC进行负序补偿的补偿结构图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
[0018] 实施例：如图1所示，高压变电所连接公共电网，其公共电网供电母线同一供电路 径下接有至少两个牵引变电所。牵引变采用Scott变压器，将三相交流电变压成两组隔离 的单相交流电，输出端为T端和M端，相位相差90°。牵引负荷分别接在T端和M端。每个 牵引变内部安装一台RPC，其交流侧接于Scott变压器的T端和M端。联合补偿系统由上 述RPC和上层控制器组成。上层控制器在线采集各牵引负荷的功率消耗和各RPC容量，通 过联合补偿方法统一优化RPC的控制目标值，并向每个底层RPC实时发送。
[0019] 上层控制器如图1所示，包括检测模块、控制模块、接收模块和人机交互模块。
[0020] 检测模块分布在各个牵引