一种新型的电气化铁路电能质量治理系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电力系统领域，特别设及一种新型的电气化铁路电能质量治理系 统。
【背景技术】
[0002] 随着高速电气化铁路成在中国的大规模建设，高速铁路供电系统对电网的电能质 量的影响也越来越严重。在高铁建设中广泛使用的V/v型带滤波绕组的牵引变压器由于结 构上的不平衡，会使网侧出现较大的负序电流，严重影响电力系统的安全稳定运行。其次， 电力机车运行时带来的大量谐波会通过带滤波绕组的牵引变压器流入电网，对电网产生污 染。此外，虽然现在高铁使用的交-直-交型电力机车功率因数很高，但在支线和货运线路还 是使用普通的交-直型电力机车，因此运些线路的牵引站功率因数低的问题依然存在。
[0003] 目前，对于负序的治理，一般是使用Scott型变压器或平衡变压器来解决。但由于 许多线路本身不同方向的机车负荷就是不平衡的，在加上机车编组的随机特性，因此该方 法消除负序的效果并不好，另外运类变压器的制造成本和使用成本也都较高。谐波的治理 常用滤波支路进行滤波。运种方法虽然能滤除固定次谐波，成本低，但由于电气化铁路负载 变化引起的谐振频率的变化，会抑制无源滤波的效果，甚至产生谐振，影响供电系统稳定 性。感应滤波技术通过对变压器中谐波磁势的抑制来达到滤波效果。该技术的优点是滤波 支路和牵引臂通过电磁感应方式进行滤波，不会对电力机车的整流系统产生影响，但依然 存在无源滤波支路所存在的问题。铁路功率调节器(railway static power conditioner, RPC)是针对电气化铁路电能质量问题的综合性解决方案。该系统使用两个背靠背整流逆变 器将两个牵引臂连接起来，通过该设备可W动态均衡两个桥臂的有功和无功，同时滤除谐 波，从而实现负序、谐波和无功的综合治理。但由于现有的电力电子模块级联方式很难实现 公共直流母线，两桥臂间无法进行能量传递，因此现有的RPC几乎都使用了单相变压器将低 压的整流逆变器的电流转变为高压侧的电流的方案。运种方案除了增加制造成本和使用成 本W外，还增大了控制难度，另外变压器的引入使谐波电流补偿等要求电流变化率较快，精 度较高的功能基本很难实现。 【实用新型内容】
[0004] 为了在电气化铁路牵引系统中综合解决各种电能质量问题，保证电网侧电能质量 满足国标的要求，本实用新型提出了一种基于模块化多电平技术和感应滤波技术的电气化 铁路电能质量治理系统。
[0005] -种新型的电气化铁路电能质量治理系统，包括带滤波绕组的牵引变压器、感应 滤波电路、MMC补偿系统、MMC控制器、电压和电流测量装置；
[0006] 所述带滤波绕组的牵引变压器包括高压侧、牵引侧及低压补偿侧，所述带滤波绕 组的牵引变压器的高压侧与电网相连，牵引变压器的牵引侧与电网牵引臂相连，牵引变压 器的低压补偿侧与MMC补偿系统连接；
[0007]所述MMC补偿系统包括两个单相MMC牵引臂组，两个感应滤波电路和两个直流侧电 容组;所述感应滤波电路与带滤波绕组的牵引变压器的低压补偿侧相连，所述单相MMC牵引 臂组的一端与带滤波绕组的牵引变压器的低压补偿侧相连，另一端与直流侧电容组相连； [000引每个单相匪C牵引臂组至少包括1个MMC牵引臂单元，每个MMC牵引臂单元至少包括 两个并联的MMC牵引臂模块，每个MMC牵引臂模块由串联的电抗器和MMC牵引臂组成；
[0009] 所述电抗器与所述带滤波绕组的牵引变压器的低压补偿侧相连，所述MMC牵引臂 与直流侧电容组中的电容相连后接地；
[0010] 所述电压和电流现慢装置与所述带滤波绕组的牵引变压器的牵引侧和MMC牵引臂 相连，且所述电压和电流测量装置与所述MMC控制器相连；
[0011] 所述MMC补偿系统受控于所述MMC控制器。
[0012] 所述MMC牵引臂包括N个串联的SM模块，N为大于或等于1的整数。
[0013] 所述感应滤波电路至少包括Ξ组并联的LC滤波电路或LCL滤波电路。
[0014] 有益效果
[0015] 1)与平衡变压器和无源滤波等单一治理方案相比，该系统能够对电能质量进行综 合治理。通过直流侧调整带滤波绕组的牵引变压器的有功和无功，解决电网侧负序问题和 两牵引臂的电压波动问题，使带滤波绕组的牵引变压器的两个牵引侧的输出功率达到平 衡，同时还能进行谐波抑制和无功补偿，是解决电气化铁路电能质量问题的综合性设备。补 偿速度快，特别适合于补偿由电力机车引起的频率和幅值快速波动的无功和谐波，不会出 现由于补偿频点变化产生的谐振，保证了系统安全和瞬时电能质量的达标。
[0016] 2)与其他综合治理装置不同的是，本系统使用MMC补偿系统作为带滤波绕组的牵 引变压器的两个牵引侧之间有功和无功交换的渠道。由于MMC系统具有公共直流母线，所W 在模块级联的方式时各MMC牵引臂单元之间可W进行自由的能量流动，因此级联的MMC牵引 臂单元可W直接连接到高电压等级的线路上去，运是而其他级联方式装置必须通过变压器 才能实现级联所不具有的特点，大大提升了成本，运也是MMC能够在电气化铁路上应用的本 系统主要优势。
[0017] 3)级联的MMC牵引臂单元通过滤波绕组直接连接到高电压等级的线路上去，本系 统不再需要使用变压器做转换，运种连接方式除了节省了变压器的费用W外，还能按照实 际情况对设备耐压等级和补偿侧电流大小进行合理的设计，从而提高设备综合性能。同时， 由于没有变压器的影响，电流变化率可W大大提升，使控制精度大幅提高。
[0018] 4)针对固定次谐波，本系统使用感应滤波技术进行谐波滤除。在滤波绕组中产生 超导闭合回路抑制变压器中的谐波磁链，能在减小网侧谐波含量的同时减小变压器的附加 损耗、振动和噪音，增加系统稳定性与运行效率。由于滤波支路与带滤波绕组的牵引变压器 的牵引侧通过磁禪合，因此系统阻抗不会对滤波支路产生影响，滤波支路也不会对系统的 正常运行产生干扰。
[0019] 5)单相匪C牵引臂组中与带滤波绕组的牵引变压器低压侧相连的匪C牵引臂可W 并联多条W增大容量和可靠性。
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型所述治理系统的电气部分结构图；
[0021] 图2为图1对应的电气原理框图；
[0022] 图3为MMC牵引臂模块示意图，其中，（a)是MMC牵引臂模块结构，（b)是MMC牵引臂模 块中SM模块的电气结构图；
[0023] 图4是带滤波绕组的牵引变压器等效模型；
[0024] 图5是补偿电流检测原理框图；
[0025] 图6是本实用新型的控制流程图；
[0026] 标号说明：1-电网；2-带滤波绕组的牵引变压器;3-感应滤波电路;4-单相MMC牵引 臂组;5-直流侧电容组。
【具体实施方式】
[0027] 下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。
[0028] -种新型的电气化铁路电能质量治理系统，包括带滤波绕组的牵引变压器、感应 滤波电路、MMC补偿系统、MMC控制器、电压和电流测量装置；
[0029] 如图1和图2所示，所述带滤波绕组的牵引变压器2包括高压侧、牵引侧及低压补偿 侧，所述带滤波绕组的牵引变压器的高压侧与电网1相连，带滤波绕组的牵引变压器的牵引 侧与电网牵引臂相连，带滤波绕组的牵引变压器的低压补偿侧与MMC补偿系统连接；
[0030] 所述MMC补偿系统包括两个单相MMC牵引臂组4,两个感应滤波电路3和两个直流侧 电容组5;所述感应滤波电路与带滤波绕组的牵引变压器的低压补偿侧相连，所述单相MMC 牵引臂组的一端与带滤波绕组的牵引变压器的低压补偿侧相连，另一端与直流侧电容组相 连；
[0031] 每个单相匪C牵引臂组至少包括1个MMC牵引臂单元，每