电感集成型混合铁路潮流控制器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种电感集成型混合铁路潮流控制器，公共电网经三相V/v变压器变为铁道牵引网的α、β两相，分别与α相、β相LC耦合补偿臂相连；α相、β相LC耦合补偿臂的电感通过非正交解耦技术集成到V/v牵引变压器二次侧，成为α相、β相集成电感绕组；α相、β相LC耦合补偿臂分别经第一、第二降压变压器与背靠背变流器两输出端相连。本发明采用非正交解耦技术将耦合臂的电感集成到变压器绕组，能够减少高速铁路功补系统的占地面积；采用有、无源系统相结合的技术方案大幅降低了变流器的容量。该系统是一种具有较高性价比的电气化铁道电能质量控制系统。
【专利说明】电感集成型混合铁路潮流控制器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电气化铁道供电系统电能质量领域，特别涉及一种电感集成型混合铁 路潮流控制器。
【背景技术】
[0002] 随着电气化铁路在我国的快速发展，牵引供电系统所面临的负序、无功和谐波等 电能质量问题日益突出，降低了公用电网的电能质量，并对其安全稳定运行产生了影响。为 改善电气化铁道供电系统的供电质量，提高公共电网的安全稳定性，工程技术人员进行了 多种尝试。换相供电是我国牵引变电所为解决负序问题普遍采用的高压进线方式，但对于 电网相对脆弱地区的牵引变电所该方法仍难以达到国标对负序电压含量所提出的要求。采 用单相SVC能对牵引供电系统的负序和无功进行综合补偿，但该系统很难难在技术和经济 上同时达到理想状态。
[0003] 随着电力电子技术的快速发展，学者和工程师们提出了多种有源拓扑结构。其中， 日本学者提出的静止铁路功率调节器（下文称RPC)以其优异的补偿性能受到广泛关注，但 因其投资成本高昂并未实现大规模工业应用。另外，常规RPC需串接一个耦合电感才能实 现其补偿功能，高压电抗器成本昂贵且占地面积较大，不利于在空间极为有限的牵引变电 所实现系统的集成化安装，这进一步限制了该系统的推广。因此，探索具有更高性价比和集 成度的铁路功率调节系统成为了目前亟待解决的重要课题。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种电感集成型混合铁路潮流控制器（下文 称 ILC-RPFC)。
[0005] 本发明解决上述问题的技术方案是：电感集成型混合铁路潮流控制器，包括三相 V/V变压器、α相LC耦合补偿臂、β相LC耦合补偿臂、第一降压变压器、第二降压变压器、 背靠背变流器；所述Vv变压器将三相公共电网变为铁道牵引网的α、β两相，α相的供 电绕组与牵引网相连，为机车负荷供电；α相、β相分别与α相、β相LC耦合补偿臂相 连，α相、β相LC耦合补偿臂的电感通过非正交解耦技术集成到V/v牵引变压器二次侧， 成为α相、β相集成电感绕组；α相、β相LC耦合补偿臂分别经第一、第二降压变压器与 背靠背变流器两输出端相连。
[0006] 所述三相V/v变压器由两个单相变压器按V/v接线连接构成，其中α相变压器 二次侧有3个绕组，与牵引网相连的为供电绕组，为机车供电，另外两个二次侧绕组匝数相 等、绕向相反互相串联构成α相集成电感绕组；β相变压器两个二次侧绕组匝数相等、绕 向相反互相串联构成β相集成电感绕组；α、β相集成电感绕组的电感值可按设计要求灵 活配置。
[0007] 所述α相LC耦合补偿臂、β相LC耦合补偿臂分别由α相集成电感绕组、β相 集成电感绕组充当电感，并和各相的电容一起串接构成LC支路。
[0008] 所述背靠背变流器由两个单相逆变器经直流电容背靠背连接构成。
[0009] 所述集成电感绕组，其电感数值应根据LC耦合补偿臂的电感设计值L，按照如下 解析法确定其空间布置参数，即：
【权利要求】
1. 一种电感集成型混合铁路潮流控制器，其特征在于：包括三相V/v变压器、α相LC 耦合补偿臂、β相LC耦合补偿臂、第一降压变压器、第二降压变压器、背靠背变流器；所述 V/V变压器将三相公共电网变为铁道牵引网的α、β两相，α相的供电绕组与牵引网相连， 为机车负荷供电；α相、β相分别与α相、β相LC耦合补偿臂相连，α相、β相LC耦合 补偿臂的电感通过非正交解耦技术集成到Vv牵引变压器二次侧，成为α相、β相集成电 感绕组，相、β相LC耦合补偿臂分别经第一、第二降压变压器与背靠背变流器两输出端 相连。
2. 如权利要求1所述的电感集成型混合铁路潮流控制器，其特征在于：所述三相V/v 变压器由两个单相变压器按V/ν接线连接构成，其中α相变压器二次侧有3个绕组，与牵 引网相连的为供电绕组，为机车供电，另外两个二次侧绕组匝数相等、绕向相反互相串联构 成α相集成电感绕组；β相变压器两个二次侧绕组匝数相等、绕向相反互相串联构成β 相集成电感绕组；α、β相集成电感绕组的电感值可按设计要求灵活配置。
3. 如权利要求1所述的电感集成型混合铁路潮流控制器，其特征在于：所述α相LC耦 合补偿臂、β相LC耦合补偿臂分别由α相集成电感绕组、β相集成电感绕组充当电感，并 和各相的电容一起串接构成LC支路。
4. 如权利要求1所述的电感集成型混合铁路潮流控制器，其特征在于：所述集成电感 绕组，其电感数值应根据LC耦合补偿臂的电感设计值L，按照如下解析法确定其空间布置 参数，即：
其中δ为电感绕组与非对称V/v牵引变压器距铁芯柱之间的距离，rav为非对称V/v 牵引变压器铁芯中间距绕组的距离，叫、a2为电感绕组高度，Hx2为电感绕组厚度，％为电感 绕组间距，μ ^ = 4 π X κΤΗ/m为真空磁导率，N为非对称V/v牵引变压器任一段集成电感 绕组的匝数。
5. 如权利要求1所述的电感集成型混合铁路潮流控制器，其特征在于：所述α相LC耦 合补偿臂电抗的绝对值I ΧΜα I按下式进行取值：
其中λ为机车负载的功率因数，I。。为变流器α相端口的补偿电流折算至第一降压变 压器一次侧的归算量，Va为三相V/v变压器二次侧α相供电绕组端口电压。
6. 如权利要求1所述的电感集成型混合铁路潮流控制器，其特征在于：所述β相LC耦 合补偿臂电抗的绝对值|xMe I按下式进行取值：
其中λ为机车负载的功率因数，ε为小于1的正实数，L为负载电流，Va为三相V/v 变压器二次侧a相供电绕组端口电压。
【文档编号】H02J3/01GK104393601SQ201410798528
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月19日 优先权日:2014年12月19日
【发明者】胡斯佳, 李勇, 张志文, 陈晓婷, 彭衍建, 罗隆福 申请人:湖南大学