具有功率融通功能的牵引供电末端网压提升装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及牵引网末端网压电能治理技术领域，尤其涉及一种具有功率融通功能的牵引供电末端网压提升装置及其方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着我国电气化铁道行车密度和单车功率的与日俱增，牵引网长供电臂电压跌落严重，已影响到了电力机车的正常运行，也限制了运量的进一步提升。针对于牵引供电末端的网压过低问题，目前主要有以下几种解决方式:
1)采用增设变电站方式，如大秦线延庆牵引网；但该类方式投资大，所需成本高；
2)采用串联电容补偿装置提高牵引网末端网压的方式，例如宝(鸡)一兰(州)二线通(安驿)唐(家堡)牵引网；该类方式由于串补容量小，因而其实际提升效果不佳；
3)采用调节变压器抽头提高变压器出线电压的方式，由于机车本身运行特性以及补偿装置局限性，该类方式对供电臂末端网压的改善作用也非常有限；
4)在牵引供电末端加装FC装置或TSC装置的方式，例如中国专利申请CN102222916A公开一种电气化铁路供电臂末端网压提高装置及其方法，通过在牵引变电所供电臂的末端装设FC装置，实现对负荷无功电流的就地动态补偿，从而提高线路网压；中国专利申请CN101882788A公开一种重载铁路长供电臂末端网压提高方式及装置，通过在长供电臂的末端的自耦变压器端装有降压式多组TSC，改善末端网压.从上述可知，在牵引供电末端加装FC装置或TSC装置的方式仅能实现单一的网压提升功能，而且单纯依靠FC或TSC提供的容性无功功率来提高电压具有很大的局限性，倒送容性无功到牵引供电系统将会导致变电所计量考核侧的功率因数长期偏低，罚款严重，同时由于牵引供电系统网压波动频繁；且其中若采取FC装置，不能根据网压动态调节容性无功，牵引系统网压也会波动频繁，不利于安全行车；若采用TSC装置，将会导致装置频繁投切，不利于设备的安全稳定运行。
[0003]综上所述，现有技术中的牵引供电末端网压提升方式，一方面提升效果有限且成本较高，不能够实现高性能的网压提升功能；另一方面，由于仅能作为单一的网压提升装置，无法结合电能质量治理解决牵引网供电末端的电能质量问题，功能单一、性价比不高，且存在电网的安全性能问题。因此，提供一种适用于中国电气化铁路供电系统，使其投资少、所需周期短且提升性能好，同时能够解决电能质量治理问题的牵引供电末端网压提升装置，是迫在眉睫的问题。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低、且应用广泛的具有功率融通功能的牵引供电末端网压提升装置及其方法，能够有效提升牵引供电末端网压并稳定电压波动，同时具有功率融通、抑制车网谐振等的功能。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为:
一种具有功率融通功能的牵引供电末端网压提升装置，包括:
多重化降压模块，用于接入牵引网供电末端两供电臂电源并进行降压，包括两个结构相同的单相多绕组变压器，两个所述单相多绕组变压器通过连接开关分别对应接入两供电臂电源，对应输出降压后的多组α臂电压、β臂电压；
功率融通变流模块，用于对接入的两供电臂电源分别进行能量变换，包括多个变流子模块，每个所述变流子模块的两输入侧分别经两个所述单相多绕组变压器的对应副边绕组接入一组α臂电压、β臂电压进行能量变换，通过控制各个变流子模块的导通提升输出电压以及进行两供电臂的功率融通。
[0006]作为本装置的进一步改进:所述变流子模块包括分别设置在两输入侧的两个软充电电路以及连接在两个所述软充电电路之间的功率单元，所述功率单元包括两个相同结构的H桥换流电路，每个所述H桥换流电路分别通过所述软充电电路对应连接一个单相多绕组变压器的副边绕组，每个所述H桥换流电路均包括四个全控型开关元器件，通过控制各全控型开关元器件的导通控制所述功率单元的输出电压。
[0007]作为本装置的进一步改进:所述功率融通变流模块采用预装式变流器。
[0008]作为本装置的进一步改进:还包括两个用于滤除高次谐波以及提供部分容性无功功率的高通滤波器，两个所述高通滤波器通过连接开关分别接入牵引网供电末端的两供电臂。
[0009]作为本装置的进一步改进:所述高通滤波器安装于牵引网末端的分区所或开闭所。
[0010]本发明还提供一种根据上述牵引供电末端网压提升装置的方法，该方法具体包括:分别检测两供电臂的末端网压并进行判断，若处于预设的最大网压值与最小网压值范围内，则控制各个所述变流子模块不动作；否则使能网压提升及稳定模式，其中若存在一个以上供电臂的末端网压大于预设的最大网压值，则通过控制各个所述变流子模块的导通输出感性无功功率，稳定对应供电臂的末端网压；若存在一个以上的供电臂的末端网压小于预设的最小网压值，则通过控制各个所述变流子模块的导通输出容性无功功率，提升对应供电臂的末端网压。
[0011]作为本发明方法的进一步改进，还包括有功功率融通步骤，具体步骤包括:
分别检测两供电臂的出线处电流信号以及网压信号，并计算得到对应的有功功率；判断两供电臂之间的有功功率之差大小，若小于预设的最小有功功率值，则控制各个所述变流子模块不动作；否则使能有功功率融通模式，其中若大于预设的最大有功功率值，则通过控制各个所述变流子模块的导通，将两供电臂中有功功率较低的一侧向有功功率较高的一侧按照满容量传输有功功率；若处于预设的最大功率值与最小功率值内，则通过控制各个所述变流子模块的导通，将两供电臂中有功功率较低的一侧向有功功率较高的一侧按照所述有功功率之差的指定比例大小传输有功功率。
[0012]作为本发明方法的进一步改进，还包括有功功率融通步骤，具体步骤包括:判断两供电臂之间的末端网压值之差大小，若小于预设的最小网压值，则控制各个所述变流子模块不动作；否则使能有功功率融通模式，其中若大于预设的最大网压值，通过控制各个所述变流子模块的导通，将两供电臂中末端网压较低的一侧向末端网压较高的一侧按照满容量传输有功功率；若处于预设的最大网压值与最小网压值范围内，通过控制各个所述变流子模块的导通，将两供电臂中有功功率较低的一侧向有功功率较高的一侧按照所述出线网压值之差的指定比例传输有功功率。
[0013]作为本发明方法的进一步改进，还包括无功功率补偿步骤，具体步骤包括:若两供电臂的末端网压均大于预设的最小网压值，通过控制各个所述功率融通变流模块的导通补偿两供电臂的无功功率以提升功率因数。
[0014]作为本发明方法的进一步改进:还包括抑制车网谐振步骤，具体步骤包括:检测两供电臂的末端网压信号以及末端电流信号，并根据检测到的信号分解出各次谐波含量，控制各个所述变流子模块的全控型开关元器件进行高频开关，输出用于抵消检测得到的所述各次谐波含量的谐波电流以抑制车网谐振。
[0015]与现有技术相比，本发明的优点在于:
1)本发明通过两个单相多绕组变压器分别接入两供电臂电源并进行多重化降压，降压后的电压分别从两输入端接入功率融通变流模块中进行能量变换，通过控制各变流子模块的导