CN208241324U - 一种用于改善铁路供电系统的静止无功发生器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于改善铁路供电系统的静止无功发生器装置，该用于改善铁路供电系统的静止无功发生器装置包括检查模块、控制运算模块以及无功补偿输出模块；该静止无功发生器装置的无功补偿输出模块由外部检测电路检测电网系统电流信息；然后经由控制运算模块分析出当前的电流信息，给出补偿驱动信号；最后由电力电子逆变电路组成的逆变回路发出补偿电流，进行电网系统的电路调节。本实用新型可以对供电系统进行高效率无功补偿，提高电网系统稳定性，增加输电能力，消除无功冲击，滤除谐波，平衡三相电网，明显的改善牵引供电系统的电能质量。

Description

一种用于改善铁路供电系统的静止无功发生器装置

技术领域

本实用新型涉及铁路供电系统技术领域，尤其涉及一种用于改善铁路供电系统的静止无功发生器装置。

背景技术

随着中国电气化铁路网络的迅速发展，尤其是交直交型电力机车的投入，电气化铁路系统中存在的无功，负序，谐波等问题也变得越来越突出，电气化铁路对于实现我国铁路重载、高速起到了至关重要的作用。截至到2017年初，我国的电气化铁路的总里程已经达到8万公里，国内的主要干线基本实现了电气化。

但是，牵引机车作为大容量的单相负荷和再生制动能源装置,给牵引供电系统带来了负序、无功和谐波等电能质量问题。随着现在各种精密设备接入电网，对电网的质量要求也越来越高，由牵引负荷带来的电能质量问题也就越来越突出。在我国目前的异相牵引供电结构中，普遍采用相序轮换和平衡变压器，在一定程度上可以改善负序电流的影响，但通常无法达到国家相关标准的规定。所以研发运用新技术来改善电网电能质量也越来越成为铁路供电系统中一项刻不容缓的重要任务。

电力机车运输方式在保护环境的也对电网造成了严重的“污染”因为电力机车为单相供电，这种单相供电就造成了供电电网的严重三相不平衡及较低的功率因数。并产生负序电流。世界各种解决这一问题的唯一途径就是在铁路沿线适当位置安装SVG系统装置，通过SVG分项快速补偿功能来平衡三相电网，并提高功率因数。

实用新型内容

针对上述现有问题中存在的不足之处，本实用新型提供一种用于改善铁路供电系统的静止无功发生器装置，是一种集混合无功补偿FC和单相双向装置于一体的静止无功发生器；结合平衡变压器，混合无功补偿和单相双向SVG装置，采用多个SVG功率模块级联形成的多电平电压变流器，主要用于平衡两供电臂的功率，补偿无功功率及谐波，使得整个牵引系统相对于电力系统来说是一个三相平衡的阻性负载。可以对供电系统进行高效率无功补偿，提高电网稳定性，增加输电能力，消除无功冲击，滤除谐波，平衡三相电网，明显的改善牵引供电系统的电能质量。

该用于改善铁路供电系统的静止无功发生器装置包括用于检测电网系统电流信息的检查模块，用于分析所述检查模块所检测到的电流信息，并根据分析结果给出补偿驱动信号的控制运算模块；

以及用于根据所述控制运算模块所给出的补偿驱动信号，通过电力电子逆变电路所组成的逆变回路发出补偿电流，通过补偿电流对所述电网系统的电路进行调节的无功补偿输出模块；

其中，所述检查模块与电流互感器电连接，所述电流互感器与所述电网系统电连接，所述控制运算模块与所述检查模块和所述无功补偿输出模块分别电连接，所述无功补偿输出模块与所述电网系统并联。

进一步地，所述无功补偿输出模块包括两个并联的IGBT能源变换传输器，所述两个并联的IGBT能源变换传输器分别通过电抗器与接触器连接。

进一步地，所述两个并联的IGBT能源变换传输器上并联有用于储存能源变换传输器逆变所需的直流电能的电解电容器；

所述两个并联的IGBT能源变换传输器和所述电解电容组成了桥式电路，所述桥式电路并联在所述电网系统上。

进一步地，所述桥式电路为电压型桥式电路，所述桥式电路串联电抗器后并联在所述电网系统上。

进一步地，所述桥式电路为电流型桥式电路，所述桥式电路的交流侧并联有用于吸收换相产生的过电压的电容器。

进一步地，所述接触器两端并联有用于抑制所述电解电容充电过程中产生的冲击电流的电阻器。

进一步地，所述控制运算模块采用DSP处理器。

进一步地，所述控制运算模块包括传感器控制单元、PWM驱动电路、触摸屏以及RS485接口电路；其中所述DSP处理器的信号输入端通过连接器与所述电流互感器的输出端连接，所述DSP处理器的信号输出端分别通过所述PWM驱动电路与所述两个并联的IGBT能源变换传输器的控制端连接；所述触摸屏分别与所述DSP处理器和所述RS485接口连接。

本实用新型相对于现有技术具有如下有益效果：

SVG是目前最为先进的无功补偿技术，其基于电压源型变流器装置实现了无功补偿装置质的飞跃。微型模块化SVG，不再采用大量的电容电感，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的转换。从技术上讲，SVG较传统的无功补偿装置有以下优点：

1、通过针对性的将SVG结构补偿装置与固定无源滤波器FC搭配使用，在SVG的优势补偿下再提供固定容量的容性无功功率，使得装置的性价比达到最高，优势互补；

2、通过对负荷电流无功分量和谐波分量的检测，有目的性的进行补偿，达到智能抑制谐波，补偿无功的作用；

3、响应快，通过对SVG装置的测试，验证了SVG电源电路和参数的设计校正，运行效果良好。且基本保障牵引变所电网安全稳定的运行，并将谐波电流远远保持在国家标准的电能质量以上，由此可带来良好的经济效益；

4、有源滤波功能，采用PWM技术,不仅自身产生的谐波极低，还能对负载的谐波和无功进行补偿，实现有缘滤波的功能，真正实现多功能化。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的静止无功发生器装置的结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的静止无功发生器装置应用于系统补偿时的电路连接结构图；

图3为本实用新型实施例提供的静止无功发生器装置应用于负荷补偿时的电路连接结构图；

图4中a～e为SVG的基本工作原理结构图；

图5为SVG+FC组合装置结构图；

图6单相双向补偿装置的系统结构图。

附图标记说明：

100：静止无功发生器装置，101：检查模块，102：控制运算模块，

103：无功补偿输出模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型是集混合无功补偿FC和单相双向装置于一体的静止无功发生器。具体地，请参阅图1到图5，本实施例的静止无功发生器装置100包括检查模块101、控制运算模块102以及无功补偿输出模块103；其中，检查模块101与电流互感器电连接，该电流互感器与电网系统电连接，控制运算模块102与检查模块101和无功补偿输出模块103分别电连接，无功补偿输出模块103与电网系统并联。

该静止无功发生器装置100工作时首先通过检查模块101利用外部检测系统的电流互感器检测电网系统的电流信息；然后通过控制运算模块102分析检查模块101所检测到的电流信息，并根据分析结果给出补偿驱动信号；最后通过无功补偿输出模块103根据控制运算模块102给出的补偿驱动信号，通过电力电子逆变电路所组成的逆变回路发出补偿电流，进行电网系统电路调节。

上述无功补偿输出模块102包括两个并联的IGBT能源变换传输器，两个并联的IGBT能源变换传输器分别通过电抗器与接触器连接。其中，该电抗器用以滤除IGBT能源变换传输器逆变产生的高频谐波。高频滤波器在子断路与接触器之间，用以滤除ICBT模块产生的谐波；且两个并联的IGBT能源变换传输器上并联有用于储存能源变换传输器逆变所需的直流电能的电解电容器；上述两个并联的IGBT能源变换传输器和上述电解电容组成了桥式电路，桥式电路并联在电网系统上，适当的调节桥式电路的交流侧电压输出的电压和复制，实现快速调节无功的目的。

当上述桥式电路为电压型桥式电路时，该桥式电路需要串联电抗器后再并联在电网系统上。当上述桥式电路为电流型桥式电路时，该桥式电路的交流侧并联有用于吸收换相产生的过电压的电容器。实际上，由于运行效率的原因，投入使用的SVG大都采用电压型桥式电路。

SVG工作时通过电力半导体开关的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频率的输出电压，类似一个电压型逆变器，只不过其交流侧输出接的不是无源负载，而是电网。因此，当仅考虑基波频率时，SVG可以等效地被视为幅值和相位均可以控制的一个与电网同频率的交流电压源。该装置把交流电抗器连接到电网上，来调节电流的大小和无功性质。通过IGBT进行电路驱动，两个并联的IGBT变换传输器分别通过电抗器与接触器连接，起到隔离控制回路与主电路的作用，对电网的电路系统调节。进一步地，该接触器两端还并联有用于抑制电解电容充电过程中产生的冲击电流的电阻器。

上述控制运算模块102采用DSP处理器。控制运算模块102包括传感器控制单元、PWM驱动电路、触摸屏以及RS485接口电路；其中DSP处理器的信号输入端通过连接器与电流互感器的输出端连接，DSP处理器的信号输出端分别通过PWM驱动电路与两个并联的IGBT能源变换传输器的控制端连接；触摸屏分别与DSP处理器和RS485接口连接。触摸屏用以显示铁路电网各参数，如电压电流，谐波电流畸变率，电网电压，电流波形等，同时用以根据参数来调节电网的现状。

上述装置的结构组成包括：

1、功率部分：SVG的核心主电路，用以实现电路控制，节能，功率转换；

2、连接电抗器：用以实现SVG与电网，实现能量缓冲，减少SVG输出电流中的开关纹波，降低共模干扰；

3、微型控制模块：模块结构，用于对SVG及其辅助设备的实时控制；

4、全数字控制系统:DSP处理器实时计算电网所需的无功功率，实现动态跟踪与补偿；

5、一体化工作站：实现远程监控与控制。

本实用新型相对于现有技术具有如下有益效果：

SVG是目前最为先进的无功补偿技术，其基于电压源型变流器装置实现了无功补偿装置质的飞跃。微型模块化SVG，不再采用大量的电容电感，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的转换。从技术上讲，SVG较传统的无功补偿装置有以下优点：

1、通过针对性的将SVG结构补偿装置与固定无源滤波器FC搭配使用，在SVG的优势补偿下再提供固定容量的容性无功功率，使得装置的性价比达到最高，优势互补；

2、通过对负荷电流无功分量和谐波分量的检测，有目的性的进行补偿，达到智能抑制谐波，补偿无功的作用；

3、响应快，通过对SVG装置的测试，验证了SVG电源电路和参数的设计校正，运行效果良好。且基本保障牵引变所电网安全稳定的运行，并将谐波电流远远保持在国家标准的电能质量以上，由此可带来良好的经济效益；

4、有源滤波功能，采用PWM技术,不仅自身产生的谐波极低，还能对负载的谐波和无功进行补偿，实现有缘滤波的功能，真正实现多功能化。

需要说明的是，本发明实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于改善铁路供电系统的静止无功发生器装置，其特征在于，所述用于改善铁路供电系统的静止无功发生器装置包括用于检测电网系统电流信息的检查模块，用于分析所述检查模块所检测到的电流信息，并根据分析结果给出补偿驱动信号的控制运算模块；

以及用于根据所述控制运算模块所给出的补偿驱动信号，通过电力电子逆变电路所组成的逆变回路发出补偿电流，通过补偿电流对所述电网系统的电路进行调节的无功补偿输出模块；

其中，所述检查模块与电流互感器电连接，所述电流互感器与所述电网系统电连接，所述控制运算模块与所述检查模块和所述无功补偿输出模块分别电连接，所述无功补偿输出模块与所述电网系统并联。

2.如权利要求1所述的用于改善铁路供电系统的静止无功发生器装置，其特征在于，所述无功补偿输出模块包括两个并联的IGBT能源变换传输器，所述两个并联的IGBT能源变换传输器分别通过电抗器与接触器连接。

3.如权利要求2所述的用于改善铁路供电系统的静止无功发生器装置，其特征在于，所述两个并联的IGBT能源变换传输器上并联有用于储存能源变换传输器逆变所需的直流电能的电解电容器；

所述两个并联的IGBT能源变换传输器和所述电解电容组成了桥式电路，所述桥式电路并联在所述电网系统上。

4.如权利要求3所述的用于改善铁路供电系统的静止无功发生器装置，其特征在于，所述桥式电路为电压型桥式电路，所述桥式电路串联电抗器后并联在所述电网系统上。

5.如权利要求3所述的用于改善铁路供电系统的静止无功发生器装置，其特征在于，所述桥式电路为电流型桥式电路，所述桥式电路的交流侧并联有用于吸收换相产生的过电压的电容器。

6.如权利要求3所述的用于改善铁路供电系统的静止无功发生器装置，其特征在于，所述接触器两端并联有用于抑制所述电解电容充电过程中产生的冲击电流的电阻器。

7.如权利要求2所述的用于改善铁路供电系统的静止无功发生器装置，其特征在于，所述控制运算模块采用DSP处理器。

8.如权利要求7所述的用于改善铁路供电系统的静止无功发生器装置，其特征在于，所述控制运算模块包括传感器控制单元、PWM驱动电路、触摸屏以及RS485接口电路；

其中所述DSP处理器的信号输入端通过连接器与所述电流互感器的输出端连接，所述DSP处理器的信号输出端分别通过所述PWM驱动电路与所述两个并联的IGBT能源变换传输器的控制端连接；所述触摸屏分别与所述DSP处理器和所述RS485接口连接。