CN108667041B - 一种牵引变电所群的负序集中补偿控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种牵引变电所群的负序集中补偿控制系统及其控制方法，涉及交流电气化铁路供电技术领域。牵引变电所群包含n个牵引变电所，其原边由同一个变电站的分段母线供电，牵引变电所群中1个牵引变电所设定为负序补偿变电所，其余n‑1个牵引变电所为单相变电所，牵引变电所群内各牵引母线及牵引馈线电压相别相同，其牵引网实施贯通式同相供电；负序补偿变电所进行负序集中补偿，同相补偿装置的控制器的输入端连接负序补偿变电所的电流互感器、电压互感器，并通过光纤网络连接各单相变电所的电流互感器、电压互感器，其输出端连接同相补偿装置的控制端，进行同步数据传输和实时控制，使总的负序达标。主要用于电气化铁路贯通供电系统。

Description

一种牵引变电所群的负序集中补偿控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及交流电气化铁路供电技术领域，尤其涉及牵引变电所群的负序集中补偿技术。

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。其中，牵引变电所采用单相牵引变压器或组合式同相供电技术取消其出口处的电分相的技术已经得到成功应用，效果甚好，而分区所的双边连通类似于电网的合环运行，其应用受到电网条件的制约，比如电网输电线与牵引网形成并联关系且电压等级较为接近，会出现牵引网中的穿越功率(均衡电流)较大的问题，加之缺乏相关标准，影响双边供电(合环)的实施，但有一种供电结构不产生穿越功率，这就是辐射式结构供电方式，即电网的同一变电站的分段母线分别给多个牵引变电所进行供电，换言之，在网络图论上形成树形供电：该变电站是树根，各个牵引变电所是叶。此时，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取消其出口处的电分相，在分区所采用双边连通技术而取消该处的电分相，就不会在牵引网中造成穿越功率，从而创造电网与铁路双赢的局面。

在此，我们称电网同一变电站以辐射式结构给多个牵引变电所供电的这些牵引变电所为牵引变电所群。进行贯通式同相供电的、最优化的牵引变电所群这样构成：牵引变电所群中最多1个牵引变电所为负序补偿变电所，其余为单相变电所，牵引变电所群内所有单相牵引母线的电压相别相同。

本发明解决牵引变电所群的负序集中补偿的技术问题，满足国家标准，且使补偿容量为最小。

发明内容

本发明的目的是提供一种牵引变电所群的负序集中补偿控制系统，它能有效地解决牵引变电所群中分散的各个牵引变电所产生的负序进行集中补偿的设备问题。

本发明的另一个目的是提供一种牵引变电所群的负序集中补偿控制方法，它能有效地解决该牵引变电所群中分散的各个牵引变电所产生的负序集中进行实时补偿的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种牵引变电所群的负序集中补偿测控系统，牵引变电所群包含n个牵引变电所，其原边由同一个变电站的分段母线供电，分段母线负序允许容量为S_d,牵引变电所群中的一个牵引变电所为负序补偿变电所CPS，采用不等容Scott接线主变压器，该主变压器的次边牵引绕组一端接地，另一端引至牵引母线TB₁，次边的补偿绕组连接同相补偿装置ADA原边，同相补偿装置ADA的次边一端接地，另一端亦引至牵引母线TB₁，其余n-1个牵引变电所为单相变电所SPS，采用单相接线主变压器，该主变压器的次边绕组一端接地，另一端引至牵引母线TB_i；牵引变电所群内各牵引母线TB_i电压相别相同，且均引出牵引馈线F_i，i＝2,3,...，n,n≥2；负序集中补偿测控系统由各牵引馈线F_i的电流互感器CT_i、电压互感器PT_i、光纤网络FO和同相补偿装置ADA的控制器PS共同构成；同相补偿装置ADA的控制器PS的输入端连接负序补偿变电所的电流互感器CT₁、电压互感器PT₁，并通过光纤网络FO连接各单相变电所的电流互感器CT_i、电压互感器PT_i，控制器PS的输出端连接同相补偿装置ADA的控制端；i＝2,3,...，n,n≥2。

本发明的另一个目的是通过以下技术方案来实现的，牵引变电所群的负序集中补偿控制方法是:设变电站分段母线负序允许容量为S_d，经电流互感器CT_i、电压互感器PT_i同步测量的各牵引馈线F_i瞬时功率为s_i(t)，i＝1,2,…,n,n≥2，计各牵引馈线F_i时刻t的瞬时功率s_i(t)的总和为s(t)，则控制器PS控制同相补偿装置ADA时刻t输出的瞬时功率s_C(t)应为：

s_C(t)＝[s(t)-S_d]/2

当s_C(t)＜0时，令s_C(t)＝0，代表同相补偿装置ADA停运。

本发明的工作原理是：交直交列车的功率因数很高，接近1，且各个牵引变电所的功率因数相同，以给牵引变电所群供电的变电站分段母线为PCC(负序考核点)，牵引变电所群内所有单相牵引母线的电压相别相同，工程上每个牵引母线在PCC处产生的总的负序电流可以用标量代数和计算，总的负序可以在一个牵引变电所进行集中补偿，各个变电所的负序功率与同相补偿装置的负序功率合成之后满足国标要求；牵引变电所群中1个牵引变电所为负序补偿变电所，采用不等容Scott接线主变，主变次边牵引绕组与次边补偿绕组电压相差90°，同相补偿装置的负序补偿效果达到最佳；利用光纤网络传输容量大、速度快的优势和数据同步技术获得异地各个牵引变电所的同步数据，进行实时控制，使负序达到国标要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、可以在更大范围内实施贯通式同相供电，最大范围取消电分相，不产生穿越功率。

二、在牵引变电所群的多个牵引变电所中设定一个负序补偿变电所进行负序集中补偿，可使牵引变电所群的整体结构最简化，同相补偿装置最优化，投资最小化，系统性价比最大化。

三、实现异地与当地数据同步，集中进行实时负序控制，达到国标规定值。

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是本发明结构示意图。

图2是本发明调控器结构示意图。

具体实施方式

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

图1示出，本发明实施例的牵引变电所群的负序集中补偿控制系统结构示意图：一种牵引变电所群的负序集中补偿测控系统，牵引变电所群包含n个牵引变电所，其原边由同一个变电站的分段母线供电，分段母线负序允许容量为Sd，牵引变电所群中的第一个牵引变电所为负序补偿变电所CPS，采用不等容Scott接线主变压器，该主变压器的次边牵引绕组一端接地，另一端引至牵引母线TB₁，次边的补偿绕组连接同相补偿装置ADA原边，同相补偿装置ADA的次边一端接地，另一端亦引至牵引母线TB₁，第二个到第n-1个牵引变电所为单相变电所SPS，采用单相接线主变压器，该主变压器的次边绕组一端接地，另一端引至牵引母线TB_i；牵引变电所群内各牵引母线TB_i电压相别相同，且均引出牵引馈线F_i，i＝2,3,...，n,n≥2；负序集中补偿测控系统由各牵引馈线F_i的电流互感器CT_i、电压互感器PT_i、光纤网络FO和同相补偿装置ADA的控制器PS共同构成；同相补偿装置ADA的控制器PS的输入端连接负序补偿变电所的电流互感器CT₁、电压互感器PT₁，并通过光纤网络FO连接各单相变电所的电流互感器CT_i、电压互感器PT_i，i＝2,3,...，n,n≥2，控制器PS的输出端连接同相补偿装置ADA的控制；。

图1中，各牵引馈线Fi向牵引网OCS供电，牵引网OCS向列车L1、L2、L3等供电。

图2是本发明的调控器PS的结构示意图，控制器PS的输入端连接负序补偿变电所的电流互感器、电压互感器，并通过光纤网络FO连接各单相变电所的电流互感器、电压互感器，控制器PS的输出端连接同相补偿装置ADA的控制端。

结合图1、2，已知给牵引变电所群供电的变电站的分段母线的负序允许容量为S_d，设经电流互感器CT_i、电压互感器PT_i同步测量的各牵引馈线瞬时功率为s_i(t)，i＝1,2,…,n,n≥2，计各牵引馈线F_i时刻t的瞬时功率s_i(t)的总和为s(t)，则控制器PS控制同相补偿装置ADA时刻t输出的瞬时功率s_C(t)应为：

s_C(t)＝[s(t)-S_d]/2

当s_C(t)＜0时，令s_C(t)＝0，代表同相补偿装置ADA停运。

设对应负序允许容量S_d计算条件的各牵引馈线功率总和记为S，则同相补偿装置CPD的计算容量S_C为：

S_C＝(S-S_d)/2

若S_C＜0，表示无需装设同相补偿装置CPD。

Claims (2)

1.一种牵引变电所群的负序集中补偿测控系统，该牵引变电所群包含n个牵引变电所，其原边由同一个变电站的分段母线供电，分段母线负序允许容量为s_d，其特征在于：该负序集中补偿测控系统由各牵引馈线F_i的电流互感器CT_i、电压互感器PT_i、光纤网络FO以及同相补偿装置ADA的控制器PS共同构成；其中，牵引变电所群中的一个牵引变电所设定为负序补偿变电所CPS，采用Scott接线主变压器，该Scott接线主变压器的次边牵引绕组一端接地，另一端引至牵引母线TB₁连接，次边的补偿绕组连接同相补偿装置ADA原边，同相补偿装置ADA的次边一端接地，另一端亦引至牵引母线TB₁连接，其余n-1个牵引变电所为单相变电所SPS，采用单相接线主变压器，该单相接线主变压器的次边绕组一端接地，另一端引至牵引母线TB_i连接；牵引变电所群内各牵引母线TB_i电压相别相同，且均引出牵引馈线F_i，i=2,3，..，n ,n≥2；同相补偿装置ADA的控制器PS的输入端连接负序补偿变电所CPS的电流互感器CT₁、电压互感器PT₁，并通过光纤网络FO连接各单相变电所SPS的电流互感器CT_i、电压互感器PT_i，i=2,3,...，n ,n≥2；控制器PS的输出端连接同相补偿装置ADA的控制端。

2.一种使用权利要求1所述的牵引变电所群的负序集中补偿测控系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法为:设变电站分段母线负序允许容量为s_d，经电流互感器CT_i、电压互感器PT_i同步测量的各牵引馈线F_i瞬时功率为s_i(t)，i=1,2,…,n,n≥2，计各牵引馈线F_i时刻t的瞬时功率s_i(t)的总和为s(t)，则控制器PS控制同相补偿装置ADA时刻t输出的瞬时功率 s_c(t)应为： s_c(t)=[s(t)-s_d]/2

当 s_c(t)＜0时，s_c(t)=0，代表同相补偿装置ADA停运。