CN107453349B - 一种电铁谐波谐振抑制装置及抑制方法 - Google Patents

一种电铁谐波谐振抑制装置及抑制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电铁谐波谐振抑制装置，包括：投切开关，其接入牵引变压器的供电臂；阻抗Z，其与投切开关串联后接入牵引变压器的供电臂；谐振检测电路，其输入端与供电臂连接，谐振检测电路输出端与开关投切控制器连接，谐振检测电路用于判定牵引变压器牵引网是否发生谐振；开关投切控制器，其输入端与谐振检测电路输出端连接，开关投切控制器输出端根据谐振检测电路的检测结果，产生抑制电铁谐波谐振的控制信号，并对投切开关下发控制指令。本发明还提供了一种电铁谐波谐振抑制方法。本发明的有益效果：损耗低、谐振抑制频谱宽、不存在无功过补。

Description

一种电铁谐波谐振抑制装置及抑制方法
技术领域
本发明涉及电气化铁路领域技术领域，具体而言，涉及一种电铁谐波谐振抑制装置及抑制方法。
背景技术
电力机车的供电系统由牵引网的分布电容、电感、电阻及牵引变压器阻抗组成一个无源线性网络，伴随着机车在一个供电臂范围内的运动，该无源线性网络的阻抗参数是变化的。当变化的参数引起该无源线性网络的固有频率与电力机车电子开关频率附近的较宽范围的频率(如21、23次等)相同时，将发生高次谐波谐振。谐振导致谐波电流放大，引起谐振过电压。这种情况在我国多个牵引变电站发生过，导致设备烧坏、保护装置跳闸，严重影响了电力机车的可靠运行。
目前，抑制高频谐振的主要方法是采用高通滤波器。高通滤波器虽在一定程度上能减少高频谐振发生的可能性，但采用该方法存在损耗大、滤波频带无法跟踪机车高次谐波频率的变化等问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种电铁谐波谐振抑制装置及抑制方法，损耗低、谐振抑制频谱宽、不存在无功过补。
本发明提供了一种电铁谐波谐振抑制装置，包括：
投切开关，其接入牵引变压器的供电臂，两个所述投切开关分别接入所述牵引变压器的两供电臂，其中，投切开关K1接入供电臂1，投切开关K2接入供电臂2；
阻抗Z，其与所述投切开关串联后接入牵引变压器的供电臂和钢轨之间，两个阻抗Z分别与所述投切开关K1、所述投切开关K2串联后分别接入供电臂1和钢轨之间、供电臂2和钢轨之间；
谐振检测电路，其输入端与所述供电臂1、所述供电臂2连接，所述谐振检测电路输出端与开关投切控制器连接，所述谐振检测电路用于判定所述牵引变压器牵引网是否发生谐振；
开关投切控制器，其输入端与所述谐振检测电路的输出端连接，所述开关投切控制器的输出端与所述投切开关K1、所述投切开关K2电连接，所述开关投切控制器根据所述谐振检测电路的检测结果，产生抑制电铁谐波谐振的控制信号，并对投切开关K1、投切开关K2下发控制指令控制投切开关K1、投切开关K2的接通和断开。
作为本发明进一步的改进，
所述谐振检测电路当检测到发生谐波谐振时，所述开关投切控制器控制所述投切开关K1或所述投切开关K2关接通；
所述谐振检测电路当检测到谐波谐振消失时，所述开关投切控制器控制所述投切开关K1或所述投切开关K2断开。
作为本发明进一步的改进，所述谐振检测电路在检测谐波谐振时，通过检测供电臂上的电压均方根值来判定是否发生谐振，当检测到供电臂上的电压均方根值超过设定的临界值时，判定为发生谐波谐振。
作为本发明进一步的改进，所述牵引变压器电网侧采用直接供电方式、带回流线的直接供电方式、自耦变压器AT供电方式或吸流变压器BT供电方式进行供电。
作为本发明进一步的改进，所述牵引变压器采用单相V/v变压器、三相V/v变压器、V/x变压器、Scott变压器、阻抗匹配平衡变压器、YNd11变压器或全三相Δ/ψ变压器。
作为本发明进一步的改进，所述开关投切控制器为微处理器。
本发明还提供了一种电铁谐波谐振抑制方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，在牵引变压器的两供电臂分别接入并联的两路抑制支路，其中，第一支路包括串联的投切开关K1和阻抗Z，第二支路包括串联的投切开关K2和阻抗Z，所述第一支路接入所述牵引变压器的供电臂1和钢轨之间，所述第二支路接入所述牵引变压器的供电臂2和钢轨之间；
步骤2，将所述供电臂1和所述供电臂2接入谐振检测电路的输入端，开关投切控制器的输入端与所述谐振检测电路的输出端连接，所述开关投切控制器的输出端与所述投切开关K1、所述投切开关K2电连接；
步骤3，保持所述投切开关K1和所述投切开关K2断开；
步骤4，所述谐振检测电路通过检测供所述供电臂1和所述供电臂2上的电压均方根值来判定所述牵引变压器牵引网是否发生谐振：
当所述谐振检测电路检测到所述供电臂1发生谐波谐振时，所述开关投切控制器控制所述投切开关K1接通；
当所述谐振检测电路当检测到所述供电臂1上的谐波谐振消失时，开关投切控制器控制所述投切开关K1断开；
当所述谐振检测电路检测到所述供电臂2发生谐波谐振时，所述开关投切控制器控制所述投切开关K2接通；
当所述谐振检测电路当检测到所述供电臂2上的谐波谐振消失时，开关投切控制器控制所述投切开关K2断开。
作为本发明进一步的改进，所述谐振检测电路判定是否发生谐振的条件为：
当检测到所述供电臂1上的电压均方根值超过设定的临界值时，判定所述供电臂1发生谐波谐振；
当检测到所述供电臂2上的电压均方根值超过设定的临界值时，判定所述供电臂2发生谐波谐振。
本发明的有益效果为：
1、在牵引变压器供电端口接入阻抗Z来抑制谐振，从而降低谐振电流和谐振电压；
2、当检测到有谐波谐振时，再投入并联阻抗Z抑制谐振，使谐振不影响机车和供电设备的正常运行；
3、当检测到谐波谐振消失时，开关K1或者K2自动断开，自动切除所并联的阻抗Z，可以消除装置的损耗；
4、避免采用复杂的谐振频率检测方法，通过检测供电臂上电压的均方根值来判定是否发生谐振，该检测方法简单易行；
5、这种装置只短时投入运行，既可以消除电铁谐波谐振的危害，又大大降低了装置运行的综合损耗，损耗低、谐振抑制频谱宽、不存在无功过补。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种电铁谐波谐振抑制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1，如图1所示，本发明实施例的一种电铁谐波谐振抑制装置，包括：投切开关K1和K2、阻抗Z、谐振检测电路、开关投切控制器。投切可以控制开关K1和K2的接通、断开。投切开关是一种能够对电力并联电容器进行快速投切的电子型功率器件，其电气结构主要由大功率反并联晶闸管模块、隔离电路、触发电路、同步电路、保护电路及驱动电路组成，并配有控制开关导通或截止的接线端子，控制逻辑电压截止、导通。投切开关K1和K2，用于控制阻抗Z接入牵引供电臂和从牵引供电臂切除。当检测到系统发生谐振时，阻抗Z投入运行；当系统没有发生谐振时，切除阻抗Z。并联的阻抗Z，用于改变牵引系统的阻抗特性，抑制牵引供电系统谐振时电流和电压幅值。
具体的：
投切开关接入牵引变压器的供电臂，两个投切开关分别接入牵引变压器的两供电臂，其中，投切开关K1接入供电臂1，投切开关K2接入供电臂2。
阻抗Z与投切开关串联后接入牵引变压器的供电臂和钢轨之间，两个阻抗Z分别与投切开关K1、投切开关K2串联后分别接入供电臂1和钢轨之间、供电臂2和钢轨之间。
谐振检测电路输入端与供电臂1、供电臂2连接，谐振检测电路输出端与开关投切控制器连接，谐振检测电路用于判定牵引变压器牵引网是否发生谐振。
开关投切控制器输入端与所述谐振检测电路的输出端连接，开关投切控制器的输出端与投切开关K1、投切开关K2电连接，开关投切控制器根据谐振检测电路的检测结果，产生抑制电铁谐波谐振的控制信号，并对投切开关K1、投切开关K2下发控制指令控制投切开关K1、投切开关K2的接通和断开。
谐振检测电路当检测到发生谐波谐振时，开关投切控制器控制投切开关K1或投切开关K2接通；
谐振检测电路当检测到谐波谐振消失时，开关投切控制器控制投切开关K1或投切开关K2断开。
其中，谐振检测电路在检测谐波谐振时，通过检测供电臂上的电压均方根值来判定是否发生谐振，当检测到供电臂上的电压均方根值超过设定的临界值时，判定为发生谐波谐振。
进一步的，所述谐波谐振抑制装置可用于各种牵引供电方式，如直接供电方式、带回流线的直接供电方式、自耦变压器AT供电方式或吸流变压器BT供电方式。
进一步的，牵引变压器采用单相V/v变压器、三相V/v变压器、V/x变压器、Scott变压器、阻抗匹配平衡变压器、YNd11变压器或全三相Δ/ψ变压器。
进一步的，开关投切控制器为微处理器，例如FPGA、DSP或单片机，加快了控制的速度。
实施例2，本发明实施例所述的一种电铁谐波谐振抑制方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，在牵引变压器的两供电臂分别接入并联的两路抑制支路，其中，第一支路包括串联的投切开关K1和阻抗Z，第二支路包括串联的投切开关K2和阻抗Z，第一支路接入牵引变压器的供电臂1和钢轨之间，第二支路接入牵引变压器的供电臂2和钢轨之间；
步骤2，将供电臂1和供电臂2接入谐振检测电路的输入端，开关投切控制器的输入端与谐振检测电路的输出端连接，开关投切控制器的输出端与投切开关K1、投切开关K2电连接；
步骤3，保持投切开关K1和投切开关K2断开；
步骤4，谐振检测电路通过检测供供电臂1和供电臂2上的电压均方根值来判定牵引变压器牵引网是否发生谐振：
当谐振检测电路检测到供电臂1发生谐波谐振时，开关投切控制器控制投切开关K1接通；
当谐振检测电路当检测到供电臂1上的谐波谐振消失时，开关投切控制器控制投切开关K1断开；
当谐振检测电路检测到供电臂2发生谐波谐振时，开关投切控制器控制投切开关K2接通；
当谐振检测电路当检测到供电臂2上的谐波谐振消失时，开关投切控制器控制投切开关K2断开。
其中，谐振检测电路判定是否发生谐振的条件为：
当检测到供电臂1上的电压均方根值超过设定的临界值时，判定供电臂1发生谐波谐振；
当检测到供电臂2上的电压均方根值超过设定的临界值时，判定供电臂2发生谐波谐振。
本发明的抑制装置(两路抑制支路)并联于牵引变压器的供电端口，根据牵引网的结构和参数，配置合适大小的阻抗Z。牵引网阻抗Z的阻抗值随着牵引网的组成和布置尺寸的不同而不同。根据不同的供电方式，确定不同的牵引网结构和参数，从而确定不同的牵引网阻抗Z值。
本发明与高通滤波方法的主要区别是：在牵引变压器供电端口接入阻抗Z，当检测到有谐波谐振时，再投入并联阻抗Z来抑制谐振，从而降低谐振电流和谐振电压，从而降低谐振电流和谐振电压，以致不危害机车和供电设备的正常运行。当检测到谐振消失时，开关K1或者K2自动断开，损耗随之消除。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电铁谐波谐振抑制装置，其特征在于，包括：
投切开关，其接入牵引变压器的供电臂，两个所述投切开关分别接入所述牵引变压器的两供电臂，其中，投切开关K1接入供电臂1，投切开关K2接入供电臂2；
阻抗Z，其与所述投切开关串联后接入牵引变压器的供电臂和钢轨之间，两个阻抗Z分别与所述投切开关K1、所述投切开关K2串联后接入供电臂1和钢轨之间、供电臂2和钢轨之间；
谐振检测电路，其输入端与所述供电臂1、所述供电臂2连接，所述谐振检测电路输出端与开关投切控制器连接，所述谐振检测电路用于判定所述牵引变压器牵引网是否发生谐振；
开关投切控制器，其输入端与所述谐振检测电路的输出端连接，所述开关投切控制器的输出端与所述投切开关K1、所述投切开关K2电连接，所述开关投切控制器根据所述谐振检测电路的检测结果，产生抑制电铁谐波谐振的控制信号，并对所述投切开关K1、所述投切开关K2下发控制指令控制投切开关K1、投切开关K2的接通和断开；
所述谐振检测电路当检测到发生谐波谐振时，所述开关投切控制器控制所述投切开关K1或所述投切开关K2接通；
所述谐振检测电路当检测到谐波谐振消失时，所述开关投切控制器控制所述投切开关K1或所述投切开关K2断开；
所述谐振检测电路在检测谐波谐振时，通过检测供电臂上的电压均方根值来判定是否发生谐振，当检测到供电臂上的电压均方根值超过设定的临界值时，判定为发生谐波谐振；
其中，投切开关由反并联晶闸管模块、隔离电路、触发电路、同步电路、保护电路及驱动电路组成，并配有控制开关导通或截止的接线端子，控制逻辑电压截止、导通。
2.根据权利要求1所述的电铁谐波谐振抑制装置，其特征在于，所述牵引变压器电网侧采用直接供电方式、带回流线的直接供电方式、自耦变压器AT供电方式或吸流变压器BT供电方式进行供电。
3.根据权利要求1所述的电铁谐波谐振抑制装置，其特征在于，所述牵引变压器采用单相V/v变压器、三相V/v变压器、V/x变压器、Scott变压器、阻抗匹配平衡变压器、YNd11变压器或全三相Δ/ψ变压器。
4.根据权利要求1所述的电铁谐波谐振抑制装置，其特征在于，所述开关投切控制器为微处理器。
5.一种如权利要求1所述的一种电铁谐波谐振抑制装置的电铁谐波谐振抑制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1，在牵引变压器的两供电臂和钢轨之间分别接入并联的两路抑制支路，其中，第一支路包括串联的投切开关K1和阻抗Z，第二支路包括串联的投切开关K2和阻抗Z，所述第一支路接入所述牵引变压器的供电臂1和钢轨之间，所述第二支路接入所述牵引变压器的供电臂2和钢轨之间；
步骤2，将所述供电臂1和所述供电臂2接入谐振检测电路的输入端，开关投切控制器的输入端与所述谐振检测电路的输出端连接，所述开关投切控制器的输出端与所述投切开关K1、所述投切开关K2电连接；
步骤3，保持所述投切开关K1和所述投切开关K2断开；
步骤4，所述谐振检测电路通过检测供所述供电臂1和所述供电臂2上的电压均方根值来判定所述牵引变压器牵引网是否发生谐振：
当所述谐振检测电路检测到所述供电臂1发生谐波谐振时，所述开关投切控制器控制所述投切开关K1接通；
当所述谐振检测电路当检测到所述供电臂1上的谐波谐振消失时，开关投切控制器控制所述投切开关K1断开；
当所述谐振检测电路检测到所述供电臂2发生谐波谐振时，所述开关投切控制器控制所述投切开关K2接通；
当所述谐振检测电路当检测到所述供电臂2上的谐波谐振消失时，开关投切控制器控制所述投切开关K2断开；
所述谐振检测电路判定是否发生谐振的条件为：
当检测到所述供电臂1上的电压均方根值超过设定的临界值时，判定所述供电臂1发生谐波谐振；
当检测到所述供电臂2上的电压均方根值超过设定的临界值时，判定所述供电臂2发生谐波谐振。
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