CN103419677A - 一种含城市轨道交通的配电网等值电路 - Google Patents

一种含城市轨道交通的配电网等值电路 Download PDF

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CN103419677A CN2013101591343A CN201310159134A CN103419677A CN 103419677 A CN103419677 A CN 103419677A CN 2013101591343 A CN2013101591343 A CN 2013101591343A CN 201310159134 A CN201310159134 A CN 201310159134A CN 103419677 A CN103419677 A CN 103419677A
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段晓波
胡文平
戎士洋
朱明星
周文
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State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
Hebei Electric Power Construction Adjustment Test Institute
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State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
Hebei Electric Power Construction Adjustment Test Institute
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Abstract

本发明涉及一种含城市轨道交通的配电网等值电路。本发明包括主变电所、牵引变电所、整流装置、降压变电所和高压传输线路；所述高压传输线路的输入端接~~110kV母线，其输出端接主变电所的输入端；所述主变电所的相应输出端分别接牵引变电所、降压变电所、城市轨道交通第一动力负荷的输入端；所述牵引变电所的输出端接整流装置的输入端，所述整流装置的输出端接城市轨道交通电力机车的输入端；所述降压变电所的输出端接城市轨道交通第二动力负荷的输入端。本发明为城市轨道交通接入城市配电网的规划设计提供运行依据。

Description

一种含城市轨道交通的配电网等值电路
技术领域
本发明涉及一种含城市轨道交通的配电网等值电路。 
背景技术
城市轨道交通的变电所类型主要分为三种：主变电所、牵引变电所、降压变电所，主变电所从城市电网引入~110kV电源高压，经110/35kV变压器降至~35kV，为牵引和全部一、二级负荷供电，牵引变电所进线电压为~35kV，经降压12脉或24脉整流成DC1500V供电力机车用，降压变电所将~35kV降压成~0.4kV，为城市轨道交通的动力负荷（例如风机、水泵、通信、信号等）供电。但是，城市轨道交通整流机组会产生谐波，经110/35kV变压器和35/0.4kV变压器传至上一级和下一级变电所，对城市配电网的谐波潮流造成影响；城市轨道交通负荷启动时会快速的从电网汲取有功功率，制动时会向电网回馈大量的有功功率，造成城市电网的功率潮流发生变化；城市轨道交通主变电所根据轨道交通线路沿线设置，轨道交通车站、区间及车辆段(或停车场)所有电能通过主变电所获取，远距离的输电线路会产生充电功率，进一步影响城市电网的功率潮流，因此，需要对城市轨道交通配电网的潮流变化进行控制。 
发明内容
本发明针对以上问题而提供一种结构简单的含城市轨道交通的配电网等值电路。 
本发明解决其技术问题所采用的技术方案： 
一种含城市轨道交通的配电网等值电路，其特征在于它包括主变电所、牵引变电所、整流装置、降压变电所和高压传输线路；所述高压传输线路的输入端接~110kV母线，其输出端接主变电所的输入端；所述主变电所的相应输出端分别接牵引变电所、降压变电所、城市轨道交通第一动力负荷的输入端；所述牵引变电所的输出端接整流装置的输入端，所述整流装置的输出端接城市轨道交通电力机车的输入端；所述降压变电所的输出端接城市轨道交通第二动力负荷的输入端。
本发明的有益效果为： 
本发明可用于研究含城市轨道交通的配电网的潮流计算和负荷的谐波计算、轨道交通负荷的运行特性，研究城市轨道交通负荷接入城市配电网后对城市配电网的影响，为轨道交通负荷接入城市配电网提供技术支撑，为城市轨道交通接入城市配电网的规划设计提供运行依据。
附图说明
图1为本发明的系统框图； 
图2为本发明的等值电路图；
图3为本发明的电力机车受端h次谐波电流向高压送端传输的等值电路。
具体实施方式
由附图1-2所示的实施例可知，本实施例包括主变电所3、牵引变电所5、整流装置8、降压变电所4和高压传输线路2；所述高压传输线路2的输入端接~110kV母线1，其输出端接主变电所3的输入端；所述主变电所3的相应输出端分别接牵引变电所5、降压变电所4、城市轨道交通第一动力负荷6的输入端；所述牵引变电所5的输出端接整流装置8的输入端，所述整流装置8的输出端接城市轨道交通电力机车9的输入端；所述降压变电所4的输出端接城市轨道交通第二动力负荷7的输入端。 
主变电所的变压器有三个绕组，~110kV高压绕组，~35kV中压绕组，~10kV低压绕组。 
下面为应用本实施例进行含城市轨道交通的配电网的潮流计算：(以下ω=2*π*f，其中f=50Hz) 
在附图2中： 
Figure DEST_PATH_228344DEST_PATH_IMAGE001
为~110kV高压输电线路送端相电压，单位为kV，
Figure DEST_PATH_145485DEST_PATH_IMAGE002
为~110kV高压输电线路送端空载相电压，单位为kV，
Figure DEST_PATH_862905DEST_PATH_IMAGE003
为~110kV高压输电线路送端电源电抗， 
Figure DEST_PATH_258114DEST_PATH_IMAGE003
 =ω*L1,单位为Ω，
Figure DEST_PATH_259437DEST_PATH_IMAGE004
为主变压器高压绕组阻抗，
Figure DEST_PATH_81900DEST_PATH_IMAGE004
 =R2+j*ω*L3,单位为Ω，
Figure DEST_PATH_286616DEST_PATH_IMAGE005
为~110kV高压输电线路受端相电压，单位为kV，
Figure DEST_PATH_485516DEST_PATH_IMAGE006
为~110kV高压输电线路阻抗，
Figure DEST_PATH_154395DEST_PATH_IMAGE006
 =R1+j*ω*L2，单位为Ω，
Figure DEST_PATH_334709DEST_PATH_IMAGE007
为~110kV高压输电线路导纳，
Figure DEST_PATH_89039DEST_PATH_IMAGE007
 =ω*C1，
Figure DEST_PATH_763734DEST_PATH_IMAGE008
为~35kV中压I段相电压，单位为kV，
Figure DEST_PATH_287119DEST_PATH_IMAGE009
为~35kV中压n段相电压，单位为kV，
为1#牵引变电器中压绕组阻抗, 单位为Ω，
Figure DEST_PATH_145539DEST_PATH_IMAGE011
为n#牵引变电器中压绕组阻抗, 单位为Ω，
Figure DEST_PATH_420663DEST_PATH_IMAGE012
为牵引变电所1#变进线电缆阻抗, 单位为Ω，
Figure DEST_PATH_1817DEST_PATH_IMAGE013
为牵引变电所n#变进线电缆阻抗, 单位为Ω，
其中，    
Figure DEST_PATH_336983DEST_PATH_IMAGE014
 =R7+j*ω*L8,     
Figure DEST_PATH_252856DEST_PATH_IMAGE015
  = R8+j*ω*L9，
Figure DEST_PATH_331670DEST_PATH_IMAGE016
为降压变电所出线I段相电压，单位为kV，
Figure DEST_PATH_829647DEST_PATH_IMAGE017
为降压变电所出线n段相电压，单位为kV，
Figure DEST_PATH_538978DEST_PATH_IMAGE018
为1#降压变压器中压绕组阻抗，单位为Ω，
Figure DEST_PATH_489616DEST_PATH_IMAGE019
为n#降压变压器中压绕组阻抗，单位为Ω，
Figure DEST_PATH_559072DEST_PATH_IMAGE020
为1#降压变压器低压绕组阻抗，单位为Ω，
Figure DEST_PATH_911556DEST_PATH_IMAGE021
为n#降压变压器低压绕组阻抗，单位为Ω，
Figure DEST_PATH_854104DEST_PATH_IMAGE022
为~35kV中压降压站1#变进线电缆阻抗，单位为Ω，
为~35kV中压降压站n#变进线电缆阻抗，单位为Ω，
其中，
Figure DEST_PATH_650339DEST_PATH_IMAGE024
 = R3+j*ω*L4，      = R4+j*ω*L5，
Figure DEST_PATH_423309DEST_PATH_IMAGE026
 分别为~110kV高压输电线路送端电流和功率，单位分别为kA、MVA，
Figure DEST_PATH_348539DEST_PATH_IMAGE027
  分别为~110kV高压输电线路受端电流和功率，单位分别为kA、MVA，
Figure DEST_PATH_510530DEST_PATH_IMAGE028
分别为~110kV高压输电线路受端负载电流和负载功率，单位分别为kA、MVA，
Figure DEST_PATH_572027DEST_PATH_IMAGE029
分别为~110kV牵引变电站1#变~35kV出线负载电流和负载功率，单位分别为kA、MVA，
Figure DEST_PATH_43329DEST_PATH_IMAGE030
 别为~110kV高压降压站1#变~35kV出线负载电流和负载功率，单位分别为kA、MVA，
 分别为~35kV中压降压站1#变~0.4kV出线负载电流和负载功率，单位分别为kA、MVA，
为了方便说明问题，我们赋予上述参数如下值：
（1）高压输电线路送端短路容量S=1467MVA：
高压传输线距离  ，高压单位电抗值 
Figure DEST_PATH_603120DEST_PATH_IMAGE033
  ，高压单位电阻值
Figure DEST_PATH_792793DEST_PATH_IMAGE034
，单位对地电容   
Figure DEST_PATH_879567DEST_PATH_IMAGE035
；
主变电所到牵引变电所的距离   
Figure DEST_PATH_445677DEST_PATH_IMAGE036
 ，主变电所到降压变电所的距离  
Figure DEST_PATH_685029DEST_PATH_IMAGE037
 ，主变电所到降压变电所的单位电抗值   
Figure DEST_PATH_45603DEST_PATH_IMAGE038
，主变电所到降压变电所的单位电阻值     
Figure DEST_PATH_619673DEST_PATH_IMAGE039
；
并联补偿电抗器（其等效阻抗已折算到XS）参数为121kV，25MVAr；
Figure DEST_PATH_395999DEST_PATH_IMAGE040
参数为110kV/10kV，50MVA，短路电压17.98%，负载损耗201.214kW；
Figure DEST_PATH_817753DEST_PATH_IMAGE041
参数为10kV/0.4kV，2MVA，短路电压6%，负载损耗19kW。
由此计算（折合至~110kV侧）得： 
。
(2)等值电路传输功率的计算： 
设受端电压为  ，功率为   ，则电流
Figure DEST_PATH_252331DEST_PATH_IMAGE049
。
Figure DEST_PATH_760673DEST_PATH_IMAGE050
  。 
始端电压
Figure DEST_PATH_32385DEST_PATH_IMAGE051
，而
Figure DEST_PATH_702401DEST_PATH_IMAGE052
， 
故
Figure DEST_PATH_20250DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure DEST_PATH_925758DEST_PATH_IMAGE054
；
于是
Figure DEST_PATH_442190DEST_PATH_IMAGE055
。
式中：
Figure DEST_PATH_158473DEST_PATH_IMAGE056
； 
Figure DEST_PATH_760356DEST_PATH_IMAGE057
对称二端网络；
Figure DEST_PATH_735134DEST_PATH_IMAGE058
线性无源双向二端口网络。
其中： 
Figure DEST_PATH_993257DEST_PATH_IMAGE060
Figure DEST_PATH_20119DEST_PATH_IMAGE062
 
Figure DEST_PATH_408375DEST_PATH_IMAGE064
Figure DEST_PATH_758454DEST_PATH_IMAGE065
。
（3）节点电压和支路电流的计算： 
a．高压传输线送端相电压的计算：
设，将上述计算得到的A、B、C、D参数值代入： 
Figure DEST_PATH_658593DEST_PATH_IMAGE067
Figure DEST_PATH_584961DEST_PATH_IMAGE068
。
b．高压传输线送端电流的计算： 
结合上述计算得到的A、B、C、D参数值，
Figure DEST_PATH_789546DEST_PATH_IMAGE070
Figure DEST_PATH_612009DEST_PATH_IMAGE071
则  
Figure DEST_PATH_410201DEST_PATH_IMAGE072
。
c．相关电压的计算： 
~110kV送端电源相电压  
Figure DEST_PATH_15625DEST_PATH_IMAGE073
；
牵引变电所1#变10kV出线广义负载相功率： 
Figure DEST_PATH_950083DEST_PATH_IMAGE074
；
10kV I段母线相电压 
Figure DEST_PATH_130398DEST_PATH_IMAGE075
，式中      
Figure DEST_PATH_415886DEST_PATH_IMAGE076
 ；
中压降压站1#变0.4kV出线负载相功率： 
Figure DEST_PATH_559422DEST_PATH_IMAGE077
；
0.4kV I段母线相电压 
Figure DEST_PATH_817228DEST_PATH_IMAGE078
，
式中，    
Figure DEST_PATH_778231DEST_PATH_IMAGE079
 ； 
Figure DEST_PATH_410070DEST_PATH_IMAGE080
为负载计算系数，一般为复数。
d． 传输线送端相功率 
Figure DEST_PATH_747510DEST_PATH_IMAGE081
传输线送端功率因数
Figure DEST_PATH_797506DEST_PATH_IMAGE082
。
e．电压调整率的计算： 
送端电源电压对主变电所高压母线的电压调整率   
Figure DEST_PATH_663830DEST_PATH_IMAGE083
，
送端电压对主变电站高压母线的电压调整率
Figure DEST_PATH_48544DEST_PATH_IMAGE084
，
送端电压对降压变电站中压母线的电压调整率 
Figure DEST_PATH_658517DEST_PATH_IMAGE085
，
送端电压对牵引变电站低压母线的电压调整率  
Figure DEST_PATH_890915DEST_PATH_IMAGE086
。
（4）谐波潮流的计算： 
在附图3中：
Figure DEST_PATH_803508DEST_PATH_IMAGE087
为~110kV高压输电线路送端电源电抗h次谐波电源电抗，    
Figure DEST_PATH_550884DEST_PATH_IMAGE087
=ω*L10，单位为Ω；
Figure DEST_PATH_354761DEST_PATH_IMAGE088
为~110kV高压输电线路送端高压传输线路的等效第h次谐波容抗， 
Figure DEST_PATH_238403DEST_PATH_IMAGE089
；
Figure DEST_PATH_587476DEST_PATH_IMAGE090
为受端牵引变电站内配备的等效第h次谐波感抗值， 
Figure DEST_PATH_556569DEST_PATH_IMAGE090
=ω*L13，单位为Ω；
Figure DEST_PATH_711607DEST_PATH_IMAGE091
为~110kV高压输电线路h次谐波阻抗， 
Figure DEST_PATH_839969DEST_PATH_IMAGE091
 =R9+j*ω*L11，单位为Ω；
为1#牵引变电器中压绕组h次谐波阻抗,  
Figure DEST_PATH_816332DEST_PATH_IMAGE092
= R10+j*ω*L12，单位为Ω；
为传输线受1#变~10kV侧注入系统的h次谐波电流（折合到~110kV侧），单位为kA；
分别为
Figure DEST_PATH_573438DEST_PATH_IMAGE095
在传输线送端和受端产生的h次谐波电压，单位为kV；
为
Figure DEST_PATH_686068DEST_PATH_IMAGE097
在传输线受端1#变~10kV侧产生的h次谐波电压（折合到~110kV侧），单位为kV；
Figure DEST_PATH_398809DEST_PATH_IMAGE098
为传输线受端1#变~10kV侧负载h次谐波阻抗，单位为Ω，
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE099
； 
高压传输线送端对电力机车受端1#变~10kV出线h次谐波电流的放大倍数     ，计算如下：
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE101
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE102
。

Claims (1)

1.一种含城市轨道交通的配电网等值电路，其特征在于它包括主变电所（3）、牵引变电所（5）、整流装置（8）、降压变电所（4）和高压传输线路（2）；所述高压传输线路（2）的输入端接~110kV母线（1），其输出端接主变电所（3）的输入端；所述主变电所（3）的相应输出端分别接牵引变电所（5）、降压变电所（4）、城市轨道交通第一动力负荷（6）的输入端；所述牵引变电所（5）的输出端接整流装置（8）的输入端，所述整流装置（8）的输出端接城市轨道交通电力机车（9）的输入端；所述降压变电所（4）的输出端接城市轨道交通第二动力负荷（7）的输入端。
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