基于单相变压与Dd补偿的同相供电综合补偿装置及其方法与流程

本发明涉及交流电气化铁路供电领域，尤其涉及一种基于单相主变压器与dd补偿变压器的同相供电牵引变电所的无功、负序综合补偿装置及其方法。

背景技术：

电气化铁道普遍采用由公用电力系统供电的单相工频交流制，为使单相的牵引负荷在三相电力系统中尽可能平衡分配，电气化铁道往往采用轮换相序、分相分区供电的方案。分相分区处的相邻供电区之间用分相绝缘器隔离，形成电分相，简称分相。电分相环节是整个牵引供电系统中最薄弱的环节，列车过分相成为了高速铁路乃至整个电气化铁路牵引供电的瓶颈。

理论和实践表明在牵引变电所采用单相牵引变压器或组合式同相供电技术可以取消其出口处的电分相，在分区所采用双边连通技术可以取消该处的电分相，从而消除供电瓶颈，提高铁路供电能力和运输能力。但其核心通过改变牵引变电所的有功潮流来实现负序补偿，使负序达标。

本发明不改变牵引变电所的有功潮流，通过无功潮流控制来解决牵引变电所的无功和负序的综合补偿技术问题，实现同相供电，同时，提高功率因数，提高馈线电压，并使负序治理达到国家标准要求。

技术实现要素：

本发明目的是提供了一种基于单相变压与dd补偿的同相供电综合补偿装置及其方法，能有效地解决同相供电牵引变电所产生的无功和负序实时补偿的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案具体如下：

一种基于单相变压与dd补偿的同相供电综合补偿装置，设置于同相供电牵引变电所内，所述同相供电牵引变电所主要包括三相高压母线、与三相高压母线连接的单相主变压器、三相补偿变压器以及与单相主变压器连接的牵引网；三相补偿变压器采用dd联结组，其原边与三相高压母线的a、b、c三相连接；其中，所述同相供电综合补偿装置包括第一无功补偿单元、第二无功补偿单元、第三无功补偿单元、第四无功补偿单元和测控单元；第一无功补偿单元连接于单相主变压器的次边；所述第二无功补偿单元、所述第三无功补偿单元和所述第四无功补偿单元的一端分别与所述三相补偿变压器连接，其另一端分别与所述测控单元连接。

优选地，第二无功补偿单元与三相补偿变压器次边ca相端口连接，所述第三无功补偿单元与三相补偿变压器次边bc相端口连接，所述第四无功补偿单元与三相补偿变压器次边ab相端口连接。

优选地，所述测控单元主要由电压互感器、电流互感器和控制器共同构成；所述控制器的输入端分别与电压互感器、电流互感器的测量端连接，控制器输出端分别与第一无功补偿单元、第二无功补偿单元、第三无功补偿单元、第四无功补偿单元的控制端连接。

优选地，所述单相主变压器的原边绕组与三相高压母线中的a相和b相连接；所述单相主变压器的次边绕组一端接地，其另一端经馈线引至牵引网连接。

优选地，所述电压互感器的原边并接于单相主变压器次边，电流互感器的原边串接于馈线上。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案具体如下：

一种使用上述技术方案所述的基于单相变压与dd补偿的同相供电综合补偿装置的综合补偿方法，其中，所述同相供电的综合补偿方法具体步骤为：

(1)设三相高压母线的负序允许容量为sε；

(2)控制器先利用t时刻电压互感器和电流互感器分别测量的电压和电流计算出通过馈线的牵引负荷(视在)功率s及其功率因数为cosφ，再根据牵引目标负荷功率因数或目标馈线电压对第一无功补偿单元吸收无功功率q1进行控制并补偿，且q1容性为正；此时，q1与s产生的负序功率s^-的大小为

(3)判断q1与s产生的负序功率s^-和三相高压母线的负序允许容量sε之间的大小关系，再通过控制器控制第二无功补偿单元、第三无功补偿单元、第四无功补偿单元吸收无功功率来进行补偿，其中第二无功补偿单元、第三无功补偿单元、第四无功补偿单元的吸收无功功率分别为q2、q3、q4。

优选地，当s^-≤sε时，则控制器控制第二无功补偿单元、第三无功补偿单元、第四无功补偿单元吸收无功功率来进行补偿，且即无功功率q1为容性时，q2、q3、q4为感性，其中，k≤1，k为实数。

优选地，当s^-＞sε时，在分量基础上，控制器控制第二无功补偿单元、第三无功补偿单元进一步吸收无功功率分量来进行补偿，其中，q2和q3分量大小分别为：

其中设

进一步优选地，当馈线处于牵引工况时，则q2的分量为感性，q3的分量为容性。

进一步优选地，当馈线处于再生工况时，则q2的分量为容性，q3的分量为感性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、所述同相供电综合补偿装置及其方法可以综合产生无功分量和负序分量，使功率因数、馈线电压和负序得到综合补偿，实现同相供电，不改变牵引变电所牵引网的有功潮流，其配套的三相补偿变压器不传输正序有功功率，具有免缴容量电费的技术优势。

二、所述同相供电综合补偿装置及其方法的无功补偿工况可逆，当馈线处于等效再生工况时，仍可向电网送出达标的电能。

三、单相主变压器tt与三相补偿变压器mt可以共箱安装，减少占地。

四、结构简单，性能优越、技术先进、方法可靠，易于实施。

附图说明

图1是本发明实施例一所述同相供电综合补偿装置结构示意图。

图2是本发明实施例一所述测控单元与无功补偿单元之间关系结构示意图。

图3是本发明实施例二所述的同相供电综合补偿方法的流程示意图。

具体实施方式

为了更好理解本发明创造，在此简要说明本发明工作原理：通过连接于单相主变压器次边的第一无功补偿单元补偿牵引功率因数和馈线电压，使牵引功率因数和馈线电压达到目标要求；以三相高压母线为负序达标考核点，通过连接于三相补偿变压器的次边的第四无功补偿单元无功出力和第二无功补偿单元、第三无功补偿单元的一部分无功出力(分量)共同来校正第一无功补偿单元过多的无功出力，第二无功补偿单元、第三无功补偿单元的另一部分无功出力(分量)来补偿牵引负荷和第一无功补偿单元联合产生的负序电流(功率)，补偿后达到国标要求，其中第二无功补偿单元和第三无功补偿单元产生负序潮流，且不改变原有的有功潮流。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于单相变压与dd补偿的同相供电综合补偿装置，所述同相供电主要包括三相高压母线hb、与三相高压母线hb连接的单相主变压器tt、三相补偿变压器mt以及与单相主变压器tt连接的牵引网ocs；三相补偿变压器mt采用dd联结组，其原边与三相高压母线hb的a、b、c三相连接；其中，所述同相供电综合补偿装置包括第一无功补偿单元svg1、第二无功补偿单元svg2、第三无功补偿单元svg3、第四无功补偿单元svg4和测控单元mc；第一无功补偿单元svg1连接于单相主变压器tt的次边；所述第二无功补偿单元svg2、所述第三无功补偿单元svg3和所述第四无功补偿单元svg4的一端分别与所述三相补偿变压器mt连接，其另一端分别与所述测控单元mc连接。

如图2所示，本发明实施例中所述测控单元mc主要由电压互感器pt、电流互感器ct和控制器cd共同构成；所述控制器cd的输入端分别与电压互感器pt、电流互感器ct的测量端连接，控制器cd输出端分别与第一无功补偿单元svg1、第二无功补偿单元svg2、第三无功补偿单元svg2、第四无功补偿单元svg4的控制端连接。

结合图1和图2所示，在本发明实施例中，第二无功补偿单元svg2与三相补偿变压器mt次边ca相端口连接，所述第三无功补偿单元svg3与三相补偿变压器mt次边bc相端口连接，所述第四无功补偿单元svg4与三相补偿变压器mt次边ab相端口连接。所述单相主变压器tt的原边绕组与三相高压母线hb中的a相和b相连接；所述单相主变压器tt的次边绕组一端接地，其另一端经馈线f引至牵引网ocs连接。所述电压互感器pt的原边并接于单相主变压器tt次边，电流互感器ct的原边串接于馈线f上。

实施例二

如图3所示，本发明实施例提供了一种基于单相变压与dd补偿的同相供电综合补偿方法，所述同相供电综合补偿方法具体为步骤：

(1)设三相高压母线hb的负序允许容量为sε；

(2)控制器cd先利用t时刻电压互感器pt和电流互感器ct分别测量的电压和电流计算出通过馈线f的牵引负荷(视在)功率s及其功率因数为cosφ，再根据牵引目标负荷功率因数或目标馈线电压对第一无功补偿单元svg1吸收无功功率q1进行控制并补偿，且q1容性为正；此时，q1与s产生的负序功率s^-的大小为

(3)判断q1与s产生的负序功率s^-和三相高压母线hb的负序允许容量sε之间的大小关系，再通过控制器cd控制第二无功补偿单元svg2、第三无功补偿单元svg3、第四无功补偿单元svg4吸收无功功率来进行补偿，其中第二无功补偿单元svg2、第三无功补偿单元svg3、第四无功补偿单元svg4的吸收无功功率分别为q2、q3、q4。

在本发明实施例中，当s^-≤sε时，则控制器cd控制第二无功补偿单元svg2、第三无功补偿单元svg3、第四无功补偿单元svg4吸收无功功率来进行补偿，且即无功功率q1为容性时，q2、q3、q4为感性，其中，k≤1，k为实数。

在本发明实施例中，当s^-＞sε时，在分量基础上，控制器cd控制第二无功补偿单元svg2、第三无功补偿单元svg3进一步吸收无功功率分量来进行补偿；当馈线f处于牵引工况时，则q2的分量为感性、q3的分量为容性；当馈线f处于再生工况时，则q2的分量为容性、q3的分量为感性。其中，q2和q3分量大小分别为：

其中设