CN114566978A - 一种基于svg深井非煤矿电气化铁道供电系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于SVG深井非煤矿电气化铁道供电系统及其使用方法，属于矿业电气技术领域。本发明由交流供电系统、SVG装置、传统LCC换流站以及牵引网输电系统组成。本发明可实现深井非煤矿电气化铁道供电系统高功率因数运行，有效提高电网电压的暂态稳定性，实现深井非煤矿电气化铁道供电系统牵引网的电压治理，此方法可靠性更高、无谐波污染，对环境的适应能力更强。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于SVG深井非煤矿电气化铁道供电系统及其使用方法，属于矿业电气技术领域。
背景技术
作为现代全球应用最普遍的能源方式之一，在深井非煤矿的生产运行过程中，电能是不可或缺的组成部分。然而，深井非煤矿电气化铁道供电过程中，许多供电环节中都会产生浪费电能的问题，并且用电设备也会产生对电能的损耗。
造成电能浪费的主要原因之一是恶劣的电压质量即电压波形畸变，包括电压的闪变、瞬时过电压、谐波畸变、各相电压不平衡等情况；其次，电网无功功率问题、谐波问题、三相不平衡问题也是影响电能质量和稳定性的因素。如果无功功率不平衡，电网提供就会造成线路上的电流增大，电流越大造成的压降就越大，整个电网的电压就会下降，用电设备就不能在额定电压下工作，从而导致深井非煤矿电气化铁道供电的稳定性受到影响。
传统的方法通常采用电容器进行无功补偿，用电容器来抵消感性负载产生的无功进而提高电网电压稳定性，达到电压治理的目的。然而采用电容器进行无功补偿时，动态性能较差，容易与电网发生谐振。
SVG则可以克服以上问题，其可以依据电网中的实际需求，动态补偿电网中的无功功率。为电网或用电负荷提供快速、连续有源动态无功补偿和谐波滤波，也可有效提高电网电压暂态稳定性、抑制母线电压闪变、补偿不平衡负荷、滤除负荷谐波及提高负荷功率因数。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于SVG深井非煤矿电气化铁道供电系统及其使用方法，用以治理深井非煤矿电气化铁道供电系统的牵引网电压，从而解决上述问题。
本发明的技术方案是：一种基于SVG深井非煤矿电气化铁道供电系统，其特征在于，包括：
交流供电系统；
SVG装置，其包括：连接电抗器、启动电路、电压型逆变器、控制器、控制芯片、脉冲发生单元和脉冲分配单元、整流单元、驱动与保护电路、监测与故障诊断单元以及远程后台系统；
LCC换流站，采用定电压控制方式进行控制；
牵引网输电系统，其牵引网运行方式采用单极运行方式。
所述连接电抗器将SVG与电网连接起来，实现能量的缓冲。
所述启动电路中设置有限流电阻。可以防止系统直接给直流电容充电影响直流电容寿命以及减少对系统的冲击。
所述控制器、控制芯片、脉冲发生单元和脉冲分配单元、驱动与保护电路、监测与故障诊断单元以及远程后台系统共同构成控制监测与保护系统，用于检测系统的电流信息，给出补偿的驱动信号。
所述监测单元与故障诊断单元用于采集系统的电流信息。
所述控制芯片分析的电流信息包括PF、S、Q。
所述电压型逆变器用于吸收或发出无功。
一种基于SVG深井非煤矿电气化铁道供电系统的使用方法，具体步骤为：
Step1：通过连接电抗器将SVG装置与深井非煤矿电气化铁道供电系统连接；
Step2：通过监测与故障诊断单元检测系统的电流信息；
Step3：通过控制芯片分析当前的信息，包括PF、S、Q等。
Step4：通过控制器和驱动与保护电路判断系统所需无功并给出补偿的驱动信号；
Step5：最后由电压型逆变器等组成的逆变回路来提供感性无功或容性无功实现无功的动态补偿，保持深井非煤矿电气化铁道供电系统高功率因数运行，提高电网电压的暂态稳定性。
本发明的有益效果是：本发明应用在深井非煤矿电气化铁道供电系统牵引网电压治理中，可以根据系统电流信息，自动调节SVG装置吸收或输出无功功率的大小，保持深井非煤矿电气化铁道供电系统高功率因数运行，有效提高电网电压的暂态稳定性，实现深井非煤矿电气化铁道供电系统牵引网的电压治理，此方法无谐波污染，对环境的适应能力更强、电压治理速度快、可靠性高。
附图说明
图1是本发明SVG电压型主电路的结构图。
图2是本发明带有动态SVG无功补偿装置的深井非煤矿电气化铁道供电系统结构图。
图3是本发明动态SVG拓扑电路图。
图4是本发明实施例1中直流电压采用SVG无功补偿后的时域波形仿真图。
图5是本发明实施例1中SVG装置对系统进行无功补偿时的无功功率波形仿真图。
图6是本发明实施例1中系统电流时域波形仿真图。
图7是本发明实施例2中直流电压采用SVG无功补偿后的时域波形仿真图。
图8是本发明实施例2中SVG装置对系统进行无功补偿时的无功功率波形仿真图。
图9是本发明实施例2中系统电流时域波形仿真图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
如图1、图3所示，拓扑电路图中，Rf代表系统内的电阻损耗，Rs代表变流器运行中的损耗，Ls代表动态SVG每相的滤波电感，C代表动态SVG的直流滤波电容，S1至S6代表桥臂开关。
根据基尔霍夫定律对动态SVG拓扑列写回路方程：
由动态SVG拓扑得到：
因此动态SVG的桥臂状态可由式3表示：
电压UaN、UbN、UcN可以表示为：
综合上式得到：
同时，系统还有如下关系：
此时，动态SVG直流侧电压和电流可以表示为：
因此，系统中的有功功率和无功功率可以表示为：
当t无穷大时得到稳态功率为：
又因为角δ的变化范围在正负几度，所以无功可以表示为：
因为式中Us 2和R均为正，所以角δ与无功功率Q成正比，当δ小于0时，SVG向系统输入感性无功；当δ大于0时，SVG向系统输入容性无功，通过无功补偿来保持功率平衡提高电压的稳定性。
以上详细描述了本发明的基本实现原理，本发明的原理基于动态SVG装置，通过在深井非煤矿电气化铁道供电系统交流侧加装SVG装置，实现了供电系统的电压治理，提高了供电系统电能的稳定性。
实施例1：应用本发明在PSCAD中，搭建如图2所示的带有动态SVG无功补偿装置的深井非煤矿电气化铁道供电系统仿真模型，交流供电系统电压等级为115kV，SVG装置并联在交流侧，设置在交流侧发生三相接地故障，过渡电阻为0.01Ω，故障发生时刻为1s，持续时间为1s，采样率为20KHz，实施的具体过程为：
1、当交流侧发生三相接地故障时，由图4和图6可以看到直流电压瞬间跌落，同时系统电流迅速上升，此时由监测与故障诊断单元检测系统电流信息并传送给控制芯片。
2、控制芯片检测到系统电流过高，由控制器和驱动与保护电路给出无功补偿的驱动信息。
3、装置中的逆变电路接收反馈，补偿无功功率进而提高电压，如图4和图5所示，在1s时，SVG装置检测到电压跌落并补偿无功功率直到2s时故障结束，此阶段直流电压升高，在2s时故障结束后直流电压已达到系统要求，SVG装置退出运行，直流电压恢复至正常水平并保持稳定。
根据此实施例得到的结果，表明在故障发生时本发明提供的基于SVG深井非煤矿电气化铁道供电系统牵引网电压治理方法及系统仍能动态调节系统无功，有效提高电网电压稳定性。
实施例2：应用本发明方法在PSCAD中，搭建如图2所示的带有动态SVG无功补偿装置的深井非煤矿电气化铁道供电系统仿真模型，交流供电系统电压等级为115kV，SVG装置并联在交流侧，设置在交流侧发生三相接地故障，为验证高阻故障状态下本发明方法及系统的无功补偿能力，设置过渡电阻为300Ω，故障发生时刻为1s，持续时间为1s，采样率为20KHz，实施的具体过程为：
1、当交流侧发生三相接地故障时，由图7和图9可以看到直流电压瞬间跌落，同时系统电流迅速上升，此时由监测与故障诊断单元检测系统电流信息并传送给控制芯片。
2、由于系统发生高阻三相接地故障，故障电压、电流的突变程度变小，但控制芯片仍检测到系统电流过高并发出信号，由控制器和驱动与保护电路给出无功补偿的驱动信息。
3、装置中的逆变电路接收反馈，补偿无功功率进而提高电压，如图7和图8所示，在1s时，SVG装置检测到电压跌落并补偿无功功率直到2s时故障结束，此阶段直流电压升高，在2s时故障结束后直流电压已达到系统要求，SVG装置退出运行，直流电压恢复至正常水平并保持稳定。
根据此实施例得到的结果，表明在故障发生时本发明提供的基于SVG深井非煤矿电气化铁道供电系统牵引网电压治理方法及系统能动态调节系统无功，有效提高电网电压稳定性，不受高阻故障的影响。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种基于SVG深井非煤矿电气化铁道供电系统，其特征在于，包括：
交流供电系统；
SVG装置，其包括：连接电抗器、启动电路、电压型逆变器、控制器、控制芯片、脉冲发生单元和脉冲分配单元、整流单元、驱动与保护电路、监测与故障诊断单元以及远程后台系统；
LCC换流站，采用定电压控制方式进行控制；
牵引网输电系统，其牵引网运行方式采用单极运行方式。
2.根据权利要求1所述的基于SVG深井非煤矿电气化铁道供电系统，其特征在于：所述连接电抗器将SVG与电网连接起来，实现能量的缓冲。
3.根据权利要求1所述的基于SVG深井非煤矿电气化铁道供电系统，其特征在于：所述启动电路中设置有限流电阻。
4.根据权利要求1所述的基于SVG深井非煤矿电气化铁道供电系统，其特征在于：所述控制器、控制芯片、脉冲发生单元和脉冲分配单元、驱动与保护电路、监测与故障诊断单元以及远程后台系统共同构成控制监测与保护系统，用于检测系统的电流信息，给出补偿的驱动信号。
5.根据权利要求1所述的基于SVG深井非煤矿电气化铁道供电系统，其特征在于：所述监测单元与故障诊断单元用于采集系统的电流信息。
6.根据权利要求1所述的基于SVG深井非煤矿电气化铁道供电系统，其特征在于：所述控制芯片分析的电流信息包括PF、S、Q。
7.根据权利要求1所述的基于SVG深井非煤矿电气化铁道供电系统，其特征在于：所述电压型逆变器用于吸收或发出无功。
8.一种如权1-7任一所述的基于SVG深井非煤矿电气化铁道供电系统的使用方法，其特征在于，具体步骤为：
Step1：通过连接电抗器将SVG装置与深井非煤矿电气化铁道供电系统连接；
Step2：通过监测与故障诊断单元检测系统的电流信息；
Step3：通过控制芯片分析当前的信息；
Step4：通过控制器和驱动与保护电路判断系统所需无功并给出补偿的驱动信号；
Step5：通过电压型逆变器接收驱动信号，提供感性无功或容性无功实现无功的动态补偿。
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|---|---|---|---|---|
| CN117498417A (zh) * | 2023-06-09 | 2024-02-02 | 国网经济技术研究院有限公司 | 一种slcc直流系统孤岛运行控制方法 |
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