一种用于电气化铁路牵引侧的三相svc补偿装置的制作方法

文档序号:7489038阅读:274来源:国知局
专利名称:一种用于电气化铁路牵引侧的三相svc补偿装置的制作方法
技术领域
本实用新型属于电气化铁路供电、电力电子技术及电能质量治理领域,具体讲涉及一种用于电气化铁路牵引侧的三相SVC补偿装置。
背景技术
随着电气化铁路的迅速发展,电气化铁路对电力系统电能质量的影响已经成为一个不容忽视的问题。一方面,由于我国电气化铁路牵引供电系统都采用单相供电方式,电力机车为单相负荷,无论牵引变压器采取何种接线方式,都将向电力系统注入较大的负序电流;另一方面,电力机车采用电力电子变流器,会产生谐波电流注入电力系统。此外,由于牵引变电所的负荷随供电臂内列车的数量和每一列车的运行状态随时波动,因此电气化铁路负荷还具有随机波动性。伴随着客运高速和货运重载铁路的发展,上述问题还会出现不同程度的新变化(1)牵引负荷容量的逐渐增大,这将直接造成注入系统中的负序电流增大,进而使电力系统的三相电压不平衡问题加重。尤其是在我国许多地区,电气化铁路供电系统的短路容量将长期滞后于电气化铁路负荷的发展。因此,电气化铁路负序问题将成为今后我国电气化铁路电能质量中首要问题。(2)直流驱动电力机车逐渐被交流驱动电力机车所取代。由电力机车产生的无功电流和低次谐波电流将大为减小,交流传动机车负荷侧功率因数很高,因此稳态和动态无功引起的电能质量问题也将显著减弱,三相电压波动将主要由单相电铁负荷的有功冲击引起。针对上述电气化铁路的电能质量问题,国内外已经采取了各种补偿措施。其中,比较普遍的方法是在牵引站装设固定电容(Fixed Capacitor, FC)补偿设备。这类设备的共同特点是在无功补偿的同时对谐波电流进行治理。但是由于这类装置属于固定补偿方式,不能灵活调节,无法实现动态补偿,补偿装置在供电臂空载或轻载时将向系统倒送无功,造成母线电压升高,对机车工作不利,而在重载时无功补偿又不足。随着电力电子技术和柔性输配电技术的发展,静止无功补偿器(Static VarCompensator,SVC)、静止同步补偿器 Gtatic Synchronous Compensator, STATC0M)以及基于自关断器件的大容量铁路功率调节器(Railway Static Power Conditioner, RPC)开始应用于电气化铁路的电能质量治理。由于电气化铁路为高压大容量负荷,因此对电能质量装置也具有高压大容量的需求。对于基于自关断器件的STATC0M和RPC等治理装置,需要通过多电平、多重化、级联等技术提高装置的容量,装置设计复杂、造价高、控制难度大。相对STATC0M和RPC,基于晶闸管的静止无功补偿器SVC可以较容易的实现装置高压大容量的要求,且具有结构简单、控制方法成熟、工程造价低等优点,因此在电气化铁路电能质量治理中得到了广泛的应用。目前用于电气化铁路补偿的SVC通常有两种方式一种是在牵引侧的两个供电臂分别加装单相静止无功补偿器SVC,采用单相晶闸管控制电抗器(Thyristor ControlledReactor, TCR)加固定电容FC构成的单相SVC直接安装在牵引侧,又称直挂式SVC ;另一种是系统侧SVC,采用单相晶闸管控制电抗器TCR加FC构成的三相SVC安装在牵引变原边侧,如果装在电力系统变电站内,则可实现电力系统内的集中电能质量补偿。牵引侧SVC直接装设在供电臂上,通过调节晶闸管触发角实现平滑调节TCR所产生的无功功率,使负载无功变化与TCR所产生的变化无功功率之和为常数,此常数感性无功功率与FC的容性无功功率相抵消,最终使电网的功率因数保持在较高的水平,同时使牵引网电压保持在要求的范围内。此外,通过FC支路滤除电力机车产生的谐波,使装置具有供电臂电压支撑、功率因数控制和谐波抑制的综合补偿效果,具有接入电压等级低、设计简单等优点。但是该种补偿方式由于无法实现供电臂之间的能量流通,所以不能实现负序补偿。电网侧SVC接于三相系统,其功率因数控制和谐波抑制原理与牵引侧SVC基本相同,还可进一步利用斯坦米兹(Meinmetz)原理实现对不平衡负荷的进行补偿,起到补偿电气化铁路负序电流的作用。但是,由于三相系统电压等级较高(IlOkV)以上,SVC需要通过升压变才能接入,这将增加SVC的占地面积和工程造价,也增加了 SVC设计制造上的复杂性。

实用新型内容针对上述电气化铁路负荷的负序、谐波和低功率因数等电能质量问题,本实用新型提出了一种用于电气化铁路牵引侧的三相SVC补偿装置,该装置采用三角形接线方式接入牵引变压器的低压侧,该装置各相均采用单相晶闸管控制电抗器TCR并联固定电容FC结构。根据电气化铁路负荷的补偿需求,装置的各相可采用不对称设计,可综合实现对电气化铁路负荷的供电臂电压支撑、功率因数控制、谐波抑制和负序补偿功能;不仅能够克服牵引侧单相SVC不能补偿负序电流的缺点,也可省略电网侧SVC的升压变压器,是一种集牵引侧SVC和电网侧SVC优点于一体的三相SVC补偿装置。本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的一种用于电气化铁路牵引侧的三相SVC补偿装置,所述装置包括静止无功补偿器SVC;其改进之处在于,所述静止无功补偿器SVC包括采用三角形接线方式连接的三相结构;其中每相包括并联的晶闸管控制电抗器TCR支路和固定电容FC支路;所述装置用的供电臂包括供电臂a、b ;所述供电臂a和钢轨c组成ac ;所述供电臂b和钢轨c组成be ;所述供电臂a和供电臂b组成ab ;所述每相分别接于ac、be和ab之间。本实用新型提供的一种优选的技术方案是所述静止无功补偿器SVC与牵引变压器的低压侧连接;所述负载电力机车连接在供电臂a与钢轨c之间。本实用新型提供的第二优选的技术方案是所述晶闸管控制电抗器TCR支路包括依次串联的电抗器与反并联的晶闸管阀;所述固定电容FC支路包括依次串联的电抗器和电容器。本实用新型提供的第三优选的技术方案是所述固定电容FC支路包括依次串联的电抗器、电容器和电阻。本实用新型提供的第四优选的技术方案是对所述固定电容FC支路和晶闸管控制电抗器TCR支路的参数进行不对称设计。本实用新型提供的第五优选的技术方案是所述牵引变压器包括^idll、V/v和平衡变压器。与现有技术相比,本实用新型达到的有益效果是(1)本实用新型提供的用于电气化铁路牵引侧的三相SVC补偿装置,装置各相均采用单相晶闸管控制电抗器TCR并联固定电容FC结构,可综合解决电气化铁路负荷的谐波、负序和低功率因数问题;(2)本实用新型提供的三相SVC补偿装置接于电气化铁路牵引变压器的低压侧,无需升压变压器,可减少装置占地面积,降低设计复杂度及造价;(3)本实用新型提供的三相SVC补偿装置中的三相采用三角形接线方式,并且各相的参数进行不对称设计,可最大限度的减小装置的整体容量;(4)本实用新型提供的三相SVC补偿装置将电气化铁路负荷的谐波、负序和低功率因数问题抑制在牵引侧,不仅减少谐波、无功导致的牵引变压器损耗,还可减少谐波、负序和无功在电力系统中传播所导致的高压供电线路和供电变压器等损耗。

图1是依据本实用新型的用于电气化铁路牵引侧的三相SVC补偿装置主电路结构示意图,其中1 电力机车;2 牵引变压器;3 三相静止无功补偿器SVC ;4 晶闸管控制电抗器(TCR) ;5 固定电容/滤波器(FC);供电臂a ;供电臂b ;钢轨c ;图2是依据本实用新型具体实施例YNdll接线牵引变压器的牵引侧三相SVC补偿装置接线图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型的具体实施方式
作进一步的详细说明。图1是依据本实用新型的用于电气化铁路牵引侧的三相SVC补偿装置主电路结构示意图,如图1所示,本实用新型提供的牵引侧三相SVC补偿装置3用于电气化铁路牵引侧,采用三角形接线方式,每相均采用晶闸管控制电抗器TCR支路4并联固定电容FC支路5的结构,该装置用的供电臂包括供电臂a、b ;每相分别接于ac(供电臂a与钢轨c)、be (供电臂b与钢轨c)以及ab(供电臂a和供电臂b)之间。其中,晶闸管控制电抗器TCR支路4由电抗器与反并联晶闸管阀串联组成,晶闸管控制电抗器TCR正常工作时,反并联晶闸管分别在其承受正向电压期间从电压峰值到过零点的时间间隔内触发导通。晶闸管控制电抗器TCR只能提供滞后功率因数的动态无功功率,为了能将动态范围扩展到超前功率因数区域,采用固定电容FC支路5与晶闸管控制电抗器TCR支路4并联,且使固定电容FC支路容量大于晶闸管控制电抗器TCR支路容量。固定电容FC支路5由两个电抗器与电容器串联组成,两个电抗器分别在电容器的两边,有时固定电容FC支路5也采用由电抗器、电容器和电阻串联的组成方式,固定电容FC支路5在工频下等效为容抗,而在特征频率表现出低阻抗,可以对晶闸管控制电抗器TCR支路4和负载电力机车1产生的谐波分量起滤波作用。实际中,可根据需要滤波的次数设计成多组固定电容FC支路5与晶闸管控制电抗器TCR支路4并联的结构。牵引侧三相SVC补偿装置的补偿原理是通过向供电臂a和供电臂b分别注入补[0035]其中,
权利要求1.一种用于电气化铁路牵引侧的三相SVC补偿装置,所述装置包括静止无功补偿器(3);其特征在于,所述静止无功补偿器(3)包括采用三角形接线方式连接的三相结构;其中每相包括并联的晶闸管控制电抗器支路(4)和固定电容支路(5);所述装置用的供电臂包括供电臂a、b ;所述供电臂a和钢轨c组成ac ;所述供电臂b和钢轨c组成be ;所述供电臂a和供电臂b组成ab ;所述每相分别接于ac、bc和ab之间。
2.如权利要求1所述的三相SVC补偿装置,其特征在于,所述静止无功补偿器(3)与牵引变压器⑵的低压侧连接;所述负载电力机车⑴连接在供电臂a与钢轨c之间。
3.如权利要求1所述的三相SVC补偿装置,其特征在于,所述晶闸管控制电抗器支路(4)包括依次串联的电抗器与反并联的晶闸管阀;所述固定电容支路(5)包括依次串联的电抗器和电容器。
4.如权利要求3所述的三相SVC补偿装置,其特征在于,所述固定电容支路(5)包括依次串联的电抗器、电容器和电阻。
5.如权利要求1所述的三相SVC补偿装置,其特征在于,对所述固定电容支路(5)和晶闸管控制电抗器支路的参数进行不对称设计。
6.如权利要求2所述的三相SVC补偿装置,其特征在于,所述牵引变压器( 包括Yndl U V/v和平衡变压器。
专利摘要本实用新型涉及一种用于电气化铁路牵引侧的三相SVC补偿装置,该装置包括采用三角形接线方式连接的三相结构的静止无功补偿器;其中每相包括并联的晶闸管控制电抗器支路和固定电容支路;该装置用的供电臂包括供电臂a、b;静止无功补偿器SVC每相分别接于ac(供电臂a与钢轨c)、bc(供电臂b与钢轨c)和ab(供电臂a与供电臂b)之间,本实用新型可综合实现对电气化铁路负荷的供电臂电压支撑、功率因数控制、谐波抑制和负序补偿功能;不仅能够克服牵引侧单相SVC不能补偿负序电流的缺点,也可省略电网侧SVC的升压变压器,是一种集牵引侧SVC和电网侧SVC优点于一体的三相SVC补偿装置。
文档编号H02J3/18GK202178574SQ201120284708
公开日2012年3月28日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者乔光尧, 于坤山, 刘颖英, 周胜军 申请人:中国电力科学研究院
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