CN101428571B - 牵引供电高压综合补偿装置的直接挂网方式 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种牵引供电高压综合补偿装置的直接挂网方式，综合补偿装置(1)的第一交流侧出线端(x1)经由第一交流电抗器(13)接入左牵引网接触线(7)和左侧自耦变压器(11-1)的连接点(a)，第三交流侧出线端(x3)经由第二交流电抗器(14)接入右牵引网接触线(17)和右侧自耦变压器(11-2)的连接点(c)，第二交流侧出线端(x2)和第四交流侧出线端(x4)均连接钢轨(8)；左侧自耦变压器(11-1)的绕组(ao)通过高压综合补偿装置(1)与右侧自耦变压器(11-2)的绕组(co)并联。本发明解决了由于使用工频变压器带来的体积、成本增加及效率降低问题。

Description

牵引供电高压综合补偿装置的直接挂网方式
技术领域
本发明涉及一种牵引供电系统电能质量改善的方式，特别是涉及一种无需工频变压器耦合的牵引网高压综合补偿装置的直接挂网方式。
背景技术
电力机车作为大容量单相非线性负荷，通过牵引变压器接入三相对称的电力系统时，通常会向其中注入大量的负序电流、谐波电流和无功分量，影响供电系统的电能质量。中国牵引供电系统为异相供电模式，所普遍采用的相序轮换技术和采用平衡变压器技术仅能在一定范围内改善负序电流的影响，由于牵引负载在空间和时间分布上的随机性，它们所能产生的效果是有限的，而且有时还会对系统的性能产生消极的影响。有源电力滤波器和采用无功功率补偿电路(Reactive Power Compensation，RPC)等方法是有效的改善电能质量的方案，然而在高压领域的应用中，由于受到器件耐压和容量等级的限制，常用的方式是通过工频变压器接入高压电网，笨重的工频变压器大大增加了电力电子变换装置的成本、体积，并且限制了系统的效率，难以在牵引供电系统中进行推广应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：解决现有的供电系统电能质量补偿方式存在的由于使用工频变压器带来的体积、成本增加及效率降低问题，提供不同供电模式下牵引供电高压综合补偿装置的直接挂网方式。
本发明的技术方案如下：
牵引供电高压综合补偿装置的直接挂网方式，综合补偿装置应用于AT供电模式时有两种直接挂网方式：
一种是综合补偿装置的第一交流侧出线端经由第一交流电抗器接入左牵引网接触线和左侧自耦变压器的连接点，第三交流侧出线端经由第二交流电抗器接入右牵引网接触线和右侧自耦变压器的连接点，第二交流侧出线端和第四交流侧出线端均接入钢轨和自耦变压器的连接点；左侧自耦变压器的绕组通过高压综合补偿装置与右侧自耦变压器的绕组并联。
另一种是两台综合补偿装置级联连接构成一套高压综合补偿装置，两个连接点直接连接钢轨；第一台综合补偿装置的第一交流侧出线端经由第一交流电抗器接入左牵引网接触线和左侧自耦变压器的连接点；第三交流侧出线端经由第二交流电抗器接入右牵引网接触线和右侧自耦变压器的连接点；第二台综合补偿装置的第二交流侧出线端连接经由第三交流电抗器接入左牵引网正馈线和左侧自耦变压器的连接点，第四交流侧出线端连接经由第四交流电抗器接入左牵引网正馈线和右侧自耦变压器的连接点。
本发明的有益效果：
本发明提出的直接挂网方式通过交流电抗器与牵引供电网直接相连，省去了笨重的工频变压器，结合专利申请200810226792.9中提出的牵引供电高压综合补偿装置，利用低压功率器件实现高压大功率输入、输出，具有占地面积小，损耗小、成本低的优点。
本发明提出的直接挂网方式适用于铁路牵引供电系统中述及的直接供电模式、BT供电模式和AT供电模式；以及V型接线、斯科特接线、阻抗匹配平衡接线、YNd11接线等多种牵引变压器，及需要进行负序补偿的其它接线型式变压器。本发明的高压综合补偿装置能够单独应用于牵引变电所，或者和无源滤波器组成混合补偿系统使用。
附图说明
图1为专利申请200810226792.9中提出的牵引供电直挂式高压综合补偿装置的示意图。
图2为AT供电模式时的第一种直接挂网方式示意图。
图3为AT供电模式时的第二种直接挂网方式示意图。
图4为异相供电模式时的直接挂网方式示意图。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明：
本发明述及的综合补偿装置是专利申请号200810226792.9，名称“牵引供电直挂式高压综合补偿装置”中提出的高压综合补偿装置。
图1是专利申请200810226792.9中提出的牵引供电直挂式高压综合补偿装置的示意图。包括2个K级级联桥臂、2K个储能电容、K个隔离型双向直流变换器2；隔离型双向直流变换器2由整流侧电压变换器3和逆变侧电压变换器4通过高频隔离变压器5连接构成；K个整流侧电压变换器3的直流出线端依次通过储能电容CA1、CA2……CAK和左侧K级级联桥臂1-1的功率单元A1、A2……AK并联，同时左侧K级级联桥臂1-1的功率单元A1、A2……AK的交流侧输入、输出端依次串联连接。
K个逆变侧电压变换器4的直流出线端依次通过储能电容CB1、CB2……CBk和右侧K级级联桥臂1-2的功率单元B1、B2……BK并联，同时右侧K级级联桥臂1-2的功率单元B1、B2……BK的交流侧输入、输出端依次串联连接；K级级联桥臂的交流出线端x1、x2构成第一交流接口；K级级联桥臂的交流出线端x3、x4构成第二交流接口。
所述的功率单元A1、A2……AK和B1、B2……BK均为二电平、三电平或多电平结构的单相电压源型逆变器中的任意一种或几种的组合。
所述的隔离型双向直流变换器2均为隔离型双全桥双向直流变换器、隔离型双半桥双向直流变换器，或者具有软开关功能的隔离型双向直流变换器等中的任意一种。
所述的级数K为1～100的正整数，K值的确定主要根据装置的工作电压与所选用开关器件的耐压水平以及冗余性设计之间的配合来决定。
图2是AT供电模式时的第一种直接挂网方式示意图，综合补偿装置1的第一交流侧出线端x1经由第一交流电抗器13接入左牵引网接触线7和左侧自耦变压器11-1的连接点a，第三交流侧出线端x3经由第二交流电抗器14接入右牵引网接触线17和右侧自耦变压器11-2的连接点c，第二交流侧出线端x2和第四交流侧出线端x4均接入钢轨8。左侧自耦变压器11-1的绕组ao通过高压综合补偿装置1与右侧自耦变压器11-2的绕组co并联，同时接入两个牵引网供电臂的接触线和钢轨。根据分相点S两端供电臂a、c点牵引负荷大小的不同，综合补偿装置1存在有功功率的双向流动，第一交流侧出线端x1和第二交流侧出线端x2作为整流侧或者逆变侧，第三交流侧出线端x3和第四交流侧出线端x4作为逆变侧或者整流侧，整流侧的储能电容电压将上升，逆变侧的储能电容电压将下降，然后通过隔离型双向变换器2实现能量在两个端口之间进行交换，即能量从整流侧的储能电容流向逆变侧的储能电容，以此保证储能电容上能量的平衡，最终使得牵引变压器6两副边绕组仅流过与各自电压同相位的、幅值相同的基波电流，就实现了牵引变压器6高压侧三相电流的平衡。
本实施例中牵引变压器6采用V，x型接线、Scott型接线、阻抗匹配平衡型接线等多种牵引变压器中的一种；当采用V，x型接线时，无需外加自耦变压器11-1和11-2，利用x接线的副边绕组的中点抽头短接后连接钢轨8就能够实现AT供电模式。
图3是AT供电模式时的第二种直接挂网方式示意图，两台综合补偿装置(1)级联连接构成一套高压综合补偿装，连接点称为中点o1、o2。第一台综合补偿装置的第一交流侧出线端x1经由第一交流电抗器13接入左牵引网接触线7和左侧自耦变压器11-1的连接点a，第三交流侧出线端x3经由第二交流电抗器14接入右牵引网接触线17和右侧自耦变压器11-2的连接点c；第二台综合补偿装置的第二交流侧出线端x2连接经由第三交流电抗器15接入左牵引网正馈线9和左侧自耦变压器11-1的连接点b，第四交流侧出线端x4连接经由第四交流电抗器16接入左牵引网正馈线18和和右侧自耦变压器11-2的连接点d；中点o1、o2直接连接左侧自耦变压器11-1和右侧自耦变压器11-2的中点o，同时接入钢轨8。根据分相点S两端供电臂a、c点牵引负荷大小的不同，高压综合补偿装置1存在有功功率的双向流动，第一交流侧出线端x1和第二交流侧出线端x2作为整流侧或者逆变侧，第三交流侧出线端x3和第四交流侧出线端x4作为逆变侧或者整流侧，整流侧的储能电容电压将上升，逆变侧的储能电容电压将下降，然后通过隔离型双向变换器2实现能量在两个端口之间进行交换，即能量从整流侧的储能电容流向逆变侧的储能电容，以此保证储能电容上能量的平衡，最终使得牵引变压器6两副边绕组仅流过与各自电压同相位的、幅值相同的基波电流，就实现了牵引变压器6高压侧三相电流的平衡。
本实施例中牵引变压器6采用V，x型接线、Scott型接线、阻抗匹配平衡型接线等多种牵引变压器中的一种；当采用V，x型接线时，无需外加自耦变压器11-1和11-2，利用x接线的副边绕组的中点抽头短接后连接钢轨8就能够实现AT供电模式。
图4是异相供电模式时的直接挂网方式示意图，综合补偿装置1的第一交流侧出线端x1经由第一交流电抗器13接入左牵引网接触线7和牵引变压器6的连接点a，第三交流侧出线端x3经由第二交流电抗器14接入右牵引网接触线17，第二交流侧出线端x2和第四交流侧出线端x4直接接入钢轨8；从而使得牵引变压器6两相副边绕组中的一相绕组ab通过高压综合补偿装置1与另一相绕组cd并联，同时接入两个牵引网供电臂的接触线7和钢轨8。
本实施例中的牵引变压器6采用V，v型接线、Scott型接线、阻抗匹配平衡型接线、YNd11接线等多种牵引变压器中的一种。

Claims (1)

1.牵引供电高压综合补偿装置的直接挂网方式，其特征在于，综合补偿装置(1)应用于AT供电模式时有两种直接挂网方式：
一种是综合补偿装置(1)的第一交流侧出线端(x1)经由第一交流电抗器(13)接入左牵引网接触线(7)和左侧自耦变压器(11-1)的连接点(a)，第三交流侧出线端(x3)经由第二交流电抗器(14)接入右牵引网接触线(17)和右侧自耦变压器(11-2)的连接点(c)，第二交流侧出线端(x2)和第四交流侧出线端(x4)均接入钢轨(8)和自耦变压器的连接点(o)；左侧自耦变压器(11-1)的绕组(ao)通过高压综合补偿装置(1)与右侧自耦变压器(11-2)的绕组(co)并联；
另一种是两台综合补偿装置(1)级联连接构成一套高压综合补偿装置，两个连接点(o1、o2)直接连接钢轨(8)；第一台综合补偿装置的第一交流侧出线端(x1)经由第一交流电抗器(13)接入左牵引网接触线(7)和左侧自耦变压器(11-1)的连接点(a)；第三交流侧出线端(x3)经由第二交流电抗器(14)接入右牵引网接触线(17)和右侧自耦变压器(11-2)的连接点(c)；第二台综合补偿装置的第二交流侧出线端(x2)连接经由第三交流电抗器(15)接入左牵引网正馈线(9)和左侧自耦变压器(11-1)的连接点(b)，第四交流侧出线端(x4)连接经由第四交流电抗器(16)接入左牵引网正馈线(18)和右侧自耦变压器(11-2)的连接点(d)。
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