一种用于电气化铁道的电压无功控制系统的制作方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明属于电气化铁道控制技术领域，尤其涉及一种用于电气化铁道的电压无功控制系统。
【【背景技术】】
[0002]铁路作为国民经济的重要设施和大众化的交通工具，在我国的交通运输体系中扮演重要角色。其中，电气化铁路与传统的蒸汽机车或内燃机车的铁路不同，电气化铁路是指从外部电源或牵引供电系统获得电能，通过电力机车牵引列车运行的铁路，包括电力机车、机务设施、牵引供电系统、各种电力装置以及相应的铁路通讯、信号等设备。电气化铁路具有运输能力大、运行速度快、消耗能源少、运营成本低、工作条件好等优点，对运量大的干线铁路和有陡坡、长隧道的山区铁路实现电气化，在技术和经济上具有明显的优越性。
[0003]电气化铁路中的电力机车的电能由牵引供电系统提供，该牵引供电系统主要指牵引变电所和接触网两部分。牵引变电所建在铁道的附近，它将电网的电压经过降压和适当的变换后，通过馈线送到铁路上方的接触网上。从牵引变电所到接触网的馈线，多数采用地下电缆，特别是山区的桥梁和隧道的馈线，全部采用的是地下电缆。这些地下电缆具有很大的分布电容，分布电容会造成电网的容性无功增加无功，更为严重的是，分布电容的容性效应会造成牵引变的电网进线端的电压严重升高，如果不加以补偿和控制，势必威胁设备的安全运行。
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【发明内容】
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[0004]目前电力系统及电气化铁道补偿容性无功方式主要有TCR(晶闸管控制电抗器)、MCR (磁控电抗器)及全控型电力电子器件的静止无功发生器(SVG)等方式。但是，TCR方式，动态无级平滑调节，响应速度快，但是晶闸管串接在高压回路中，易发生故障，可靠性低，谐波较大；SVG方式动态无级平滑调节，响应速度最快，可发出超前、滞后的无功，技术先进，但是IGBT连接在高压回路中，很容易发生故障，可靠性也较低，成本非常高，由于今年来IGBT的技术和制造工艺发展很快，目前SVG的实际应用也日渐增多。综合比较而言，使用最多的还是MCR(磁控电抗器);MCR方式动态无级平滑调节，响应速度快，晶闸管两端电压较低，可靠和稳定性高，谐波小，占地面积小，成本相对较低，但是现有的MCR采用直流助磁原理，通过连续改变电抗器的次级的直流电流，来改变线圈内部一小段铁芯的饱和程度，进而改变整个铁芯的磁导率，从而实现电抗值连续可调，因此，只要控制电抗器的次级的直流电流，就能控制电抗器产生的感性无功功率，而对直流电流的控制则是通过改变可控整流的导通角来实现的。
[0005]另外，在电气化铁路的电压容性无功控制补偿应用中，电抗器并接在系统母线上。分布电容电产生固定的容性无功为Qc，磁控电抗器输出感性无功为Q1，负荷的无功为Qs，一般为感性，控制补偿的基本原理就是让总的无功Q(Q = Qs+Ql-Qc)保持为一个恒定值，可以看出只要改变Q1的值就能实现控制目的。
[0006]目前在电气化铁道的MCR(磁控电抗器)方式无功控制补偿应用中，绝大部分都是采用一台电抗器进行控制补偿，而且也是单一地检测系统无功或功率因数，基本不具备其它控制保护功能，而且电抗器发生故障时不能进行控制补偿，实际运行不是很方便。
[0007]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可在同一台电压无功控制器上同时采样两段母线及两个磁控电抗器的各个电量，实时计算控制，根据开入信号采样的各个开关状态，具有两台磁控电抗器并列运行、两台磁控电抗器分裂运行及单台磁控电抗器运行三种方式，在一台磁控电抗器维修或者容性无功变化较大时仍然能进行有效补偿，补偿效率高，同时具备两台磁控电抗器的跳合闸操作回路和保护功能，系统控制电路简化，性能稳定、可靠的用于电气化铁道的电压无功控制系统。
[0008]本发明解决现有技术问题所采用的技术方案为:
[0009]一种用于电气化铁道的电压无功控制系统，包括有电压无功控制器、第一磁控电抗器跳闸保护组件和第二磁控电抗器跳闸保护组件，所述第一磁控电抗器跳闸保护组件和第二磁控电抗器跳闸保护组件均与电压无功控制器导通连接，并分别挂接在两段以分段开关连接的母线上，且所述电压无功控制器与分段开关导通连接。
[0010]进一步地，所述第一磁控电抗器跳闸保护组件和第二磁控电抗器跳闸保护组件均包括与电压无功控制器导通连接的主变压器、第一电流互感器、第二电流互感器、主变压器断路器、母线电压互感器组、磁控电抗器断路器、牵引变压器和磁控电抗器；其中，所述主变压器、第一电流互感器和主变压器断路器依次串联后接于母线上，所述磁控电抗器、第二电流互感器和磁控电抗器断路器依次串联后挂接于母线上，所述母线电压互感器组和牵引变压器直接挂接于母线上。
[0011]进一步地，所述电压无功控制器包括有采用标准6U半宽的后插拔式机箱，所述机箱内设有电源模件插板、光纤信号模件插板、主处理模件插板、开入信号模件插板、开出信号模件插板和交流采样模件插板，而且所述光纤信号模件插板、开入信号模件插板、开出信号模件插板、交流采样模件插板均与主处理模件插板导通连接，所述电源模件插板与光纤信号模件插板、主处理模件插板、开入信号模件插板、开出信号模件插板和交流米样模件插板电连接。
[0012]进一步地，所述机箱还包括有背板，所述背板上印制有导线，所述电源模件插板、光纤信号模件插板、主处理模件插板、开入信号模件插板、开出信号模件插板和交流米样模件插板通过背板上印制的导线相互连接。
[0013]进一步地，所述电源模件插板、光纤信号模件插板、主处理模件插板、开入信号模件插板、开出信号模件插板和交流采样模件插板的右边上下侧均设有两个96针的哈丁插座，所述背板上面有12个96针的哈丁插头；组装时，所述电源模件插板、光纤信号模件插板、主处理模件插板、开入信号模件插板、开出信号模件插板和交流采样模件插板均从后面插入机箱内，且内侧的哈丁插座与背板上的哈丁插头牢靠连接。
[0014]进一步地，所述主处理模件插板采用了 DSP信号处理器、FPGA可编程逻辑芯片、ADC模数转换芯片，所述DSP信号处理器和DC模数转换芯片的地址总线和数据总线均接入FPGA可编程逻辑芯片，而且所述DSP信号处理器内集成有主程序和具有软启动功能的中断服务程序。
[0015]本发明的有益效果如下:
[0016]本发明通过采用上述技术方案，即可在同一台电压无功控制器上同时采样两段母线及两个磁控电抗器的各个电量，实时计算控制，根据开入信号采样的各个开关状态，具有两台磁控电抗器并列运行、两台磁控电抗器分裂运行及单台磁控电抗器运行三种方式，在一台磁控电抗器维修或者容性无功变化较大时仍然能进行有效补偿，大大地提高了补偿的效率，也提高了设备运行的效率，同时具备两台磁控电抗器的跳合闸操作回路和保护功能，减少了的系统的接线，简化了控制电路，还具有电压优先控制功能，在一些极端情况下能提高供电的可靠性，进一步提高了系统设备运行的可靠性，因此市场竞争力强，推广普及应用容易。
[0017]另外，电压无功控制器即可根据实际应用需求将各模件插板安装在机箱上，结构简单，安装和拆卸方便、快捷，升级和维修容易、成本低，更有利于市场推广、普及应用；同时软启动、重新投入，这样即可产生的无功会即可从最小值开始在设定的时间内增加到正常值，减少了对电网和磁控电抗器的冲击，性能更稳定、更可靠，还有效延长了设备的使用寿命ο
【【附图说明】】
[0018]图1是本发明所述一种用于电气化铁道的电