CN210350799U - 一种电气化铁路同相供电综合补偿装置 - Google Patents

一种电气化铁路同相供电综合补偿装置 Download PDF

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CN210350799U CN201921650729.8U CN201921650729U CN210350799U CN 210350799 U CN210350799 U CN 210350799U CN 201921650729 U CN201921650729 U CN 201921650729U CN 210350799 U CN210350799 U CN 210350799U
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Abstract

本实用新型公开了一种电气化铁路同相供电综合补偿装置，涉及电气化铁路同相供电技术领域。包括原边与三相高压母线HB的A、B、C三相相连的丄丅接线变压器，无功补偿单元SVG1与丄丅接线变压器的ac端口相连，无功补偿单元SVG2与丄丅接线变压器的ad端口相连；无功补偿单元SVG1与丄丅接线变压器的ac端口相连，无功补偿单元SVG2与丄丅接线变压器的ad端口相连，无功补偿单元SVG3与丄丅接线变压器的ab端口相连；测控系统MCS包括电压互感器VT、电流互感器CT和控制器CD，控制器CD的输入端分别与电压互感器VT、电流互感器CT的测量信号输出端相连。

Description

一种电气化铁路同相供电综合补偿装置
技术领域
本实用新型涉及交流电气化铁路牵引供电技术领域。
背景技术
中国高速铁路的飞速发展，进一步体现了中国现有交流电气化铁路工频单相供电制式的优越性。单相工频制式供电要求在分相分区处设置电分相，为降低牵引负荷对电力系统不平衡的影响，通常采用轮换相序、分相分区供电的方案。实践和理论表明电分相是牵引供电系统中最薄弱的环节，列车在通过电分相时可能会产生操作过电压、列车掉分相等问题，为提高运输质量、保证运行可靠性、减少列车掉分相、提高列车再生制动能量利用率等问题，宜尽量减少电分相数量。
既有过分相技术主要分为地面自动过分相技术及车载自动过分相技术，但是实际运营中发生多次过电压现象，给电气化铁路铁路的安全运营带了严重影响和隐患，并且供电断点仍然存在。消除电分相不良影响的根本措施是减少或取消电分相。西南交通大学教授首次提出了同相供电概念，并带领科研团队进行了大量卓有成效的研究，形成了完整的同相供电系统理论及工程化技术。采用同相供电技术可取消变电所出口处的电分相，采用新型双边供电技术取消分区所处电分相，实现全线无分相贯通供电，可消除电分相带来的不良影响。其中，双边供电一直以来被苏联广泛采用，双边供电存在穿越功率(均衡电流)、保护配合、电能计费等问题，这些问题可利用较低的成本在技术上解决，但困难在于电力部门是否接受。
相较于组合式同相供电技术采用基于有源有功潮流实现负序和无功的综合补偿，本实用新型基于有源无功潮流实现负序和无功的综合补偿，不改变系统既有有功潮流，实现同相供电，同时兼顾补偿三相高压母线处牵引负荷可能带来的谐波电流问题。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种电气化铁路同相供电综合补偿装置，它有效解决交流电气化铁路对公共连接点处三相电压不平衡的影响，同时不带来新的电能质量问题。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电气化铁路同相供电综合补偿装置，包括与电网变电站连接的三相高压母线HB以及原边与三相高压母线HB连接的单相牵引变压器TT、负序补偿装置NCD和测控系统MCS构成的同相供电牵引变电所CSS；所述单相牵引变压器TT的次边一侧端口串接电流互感器CT后接入接触网OCS，另一侧端口并接电压互感器VT后接地；所述负序补偿装置NCD包括原边与三相高压母线HB的A、B、C三相相连的丄丅接线变压器在内的两种拓扑结构；拓扑结构之一，描述为二端口补偿模式，包括原边与三相高压母线HB的A、B、C三相相连的丄丅接线变压器，丄丅接线变压器次边的ac端口与无功补偿单元SVG1相连，丄丅接线变压器次边的ad端口与无功补偿单元SVG2相连；拓扑结构之二，描述为三端口补偿模式，包括原边与三相高压母线HB的A、B、C三相相连的丄丅接线变压器，丄丅接线变压器次边的ac端口与无功补偿单元SVG1相连，丄丅接线变压器次边的ad端口与无功补偿单元SVG2相连，丄丅接线变压器次边的ab端口与无功补偿单元SVG3相连；所述测控系统MCS包括电压互感器VT、电流互感器CT和控制器CD，控制器CD的输入端分别与电压互感器VT、电流互感器CT的测量信号输出端相连；若为二端口补偿模式，控制器CD的输出端分别与无功补偿单元SVG1、无功补偿单元SVG2的控制端相连接，若为三端口补偿模式，控制器CD的输出端分别与无功补偿单元SVG1、无功补偿单元SVG2、无功补偿单元SVG3的控制端相连接。
所述单相牵引变压器TT的原边绕组与三相高压母线HB中的任意两相相连，负序补偿装置NCD根据单相牵引变压器TT原边与三相高压母线HB相连的相序形成与之匹配的拓扑结构；若牵引网供电方式为直供方式或者带回流线的直供方式，所述单相牵引变压器TT次边绕组的一个端子接地，另一个端子接至接触网OCS，若牵引网供电方式为AT供电方式，所述单相牵引变压器TT次边绕组的一个端子接至接触网OCS，另一个端子接至负馈线。
所述丄丅接线补偿变压器，包括两个并列的单相铁芯一、单相铁芯二及其绕组，单相铁芯一上绕有第一原边绕组AB以及第一次边绕组ab，单相铁芯二上绕有第二原边绕组CD和第二次边绕组cd；其中，第一原边绕组AB的中点抽头与第二原边绕组的D端子相连接，第二次边绕组cd的中点抽头与第一次边绕组ab的b端子相连接；所述第一原边绕组AB的匝数m与第二原边绕组CD的匝数n之间的关系为：
Figure BDA0002222372270000021
第一次边绕组ab的匝数m′与第二次边绕组cd的匝数n′之间的关系为：n′＝2m′。
本实用新型的目的需要通过以下技术方案来实现的：一种电气化铁路同相供电综合补偿方法，具体步骤为：
(1)通过计算机仿真技术，确定牵引变电所负荷过程，根据牵引变电所负荷过程，比选负序补偿装置NCD的拓扑结构，确定最终拓扑结构形式。
(2)以三相高压母线HB对应的公共连接点处的负序允许量Sε作为其负序功率允许值。
(3)控制器CD通过电压互感器VT和电流互感器CT测量得到的电压和电流计算出负荷SL，判断负荷SL的负序功率
Figure BDA0002222372270000022
与三相高压母线负序允许功率Sε的关系：若
Figure BDA0002222372270000023
此时不需要对负序进行补偿；若
Figure BDA0002222372270000024
此时需要对负序进行治理。
(4)若
Figure BDA0002222372270000025
负序补偿装置NCD投入工作，控制器控制相应无功补偿单元发出无功功率，实现对负序的治理。
所述采用二端口补偿模式，综合补偿方法只补偿负荷基波有功电流分量产生的负序电流；通过控制无功补偿单元SVG1发出的无功Q1和无功补偿单元SVG2发出的无功Q2的大小及类型，可以实现负序与无功的综合补偿；若补偿后三相高压母线处的功率因数不变，则无功补偿单元SVG1和无功补偿单元SVG2的大小分别为：
Figure BDA0002222372270000026
当馈线负荷处于牵引工况时，Q1和Q2分别为感性和容性；当馈线负荷处于再生工况时，Q1和Q2分别为容性和感性。
所述采用三端口补偿模式，综合补偿方法通过控制无功补偿单元SVG1发出的无功Q1和无功补偿单元SVG2发出的无功Q2以及无功补偿单元SVG3发出的无功Q3的大小及类型，实现负序与无功的综合补偿；其中一种情形，若补偿后不改变三相高压母线HB处的功率因数，则无功补偿单元SVG1、无功补偿单元SVG2和无功补偿单元SVG3的大小分别为：
Figure BDA0002222372270000031
当馈线负荷处于牵引工况时，Q1、Q2和Q3分别为感性、容性、容性；当馈线负荷处于再生工况时，Q1、Q2和Q3分别为容性、感性、感性。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
一、该技术方案适用于各种功率因数机车情形下的负序治理；
二、该技术方案能够实现负序和无功的综合补偿；
三、该技术方案中补偿变压器，与既有在牵引变端口进行补偿相比，可以降低牵引变压器的安装容量，具有免缴容量电费的技术优势；
四、该技术方案补偿变压器容量利用高，降低匹配变的安装容量；
五、本实用新型结果简单，技术可靠，性能优越，便于实施。
附图说明
图1是本实用新型实施例中二端口补偿模式结构示意图
图2是本实用新型实施例中二端口补偿模式测控系统与无功补偿单元、牵引负荷信号采集之间的关系结构示意图。
图3是本实用新型实施例中三端口补偿模式结构示意图
图4是本实用新型实施例中三端口补偿模式测控系统与无功补偿单元、牵引负荷信号采集之间的关系结构示意图。
图5是本实用新型实施例中丄丅接线补偿变压器示意图。
具体实施方式
为了更好理解本实用新型的创造思想，在此说明本实用新型的工作原理：以三相高压母线为负序达标考核点，通过连接于补偿变压器的SVG无功补偿单元发出无功，补偿馈线负荷产生的负序电流(功率)，补偿后达到国标要求，其中无功补偿单元不改变系统的原有有功潮流。下面结合附图和实施方式对本实用新型进一步描述。
实施例一
如图1所示，本实用新型实施例提供了拓扑结构之一，所述单相牵引变压器TT的次边一侧端口串接电流互感器CT后接入接触网OCS，另一侧端口并接电压互感器VT后接地，通过接触网OCS向机车LC供电；所述二端口补偿模式，包括原边与三相高压线HB的A、B、C三相相连的丄丅接线变压器，无功补偿单元SVG1与丄丅接线变压器的ac端口相连，无功补偿单元SVG2与丄丅接线变压器的ad端口相连；图1中◆表示单相牵引变压器TT绕组的同名端，·、△、*分别表示丄丅接线变压器绕组的同名端。
如图2所示，所述测控系统MCS包括电压互感器VT和电流互感器CT和控制器CD，控制器CD的输入端分别与电压互感器VT、电流互感器CT的测量信号输出端相连，控制器CD的输出端分别与无功补偿单元SVG1、无功补偿单元SVG2的控制端相连接。
实施例二
如图3所示，本实用新型实施例提供了拓扑结构之二，所述单相牵引变压器TT的次边一侧端口串接电流互感器CT后接入接触网OCS，另一侧端口并接电压互感器VT后接地，通过接触网OCS向机车LC供电；所述三端口补偿模式，包括原边与三相高压母线HB的A、B、C三相相连的丄丅接线变压器、无功补偿单元SVG1、无功补偿单元SVG2和无功补偿单元SVG3，无功补偿单元SVG1与丄丅接线变压器的ac端口相连，无功补偿单元SVG2与丄丅接线变压器的ad端口相连，无功补偿单元SVG3与丄丅接线变压器的ab端口相连；图3中◆表示单相牵引变压器TT绕组的同名端，·、△、*分别表示丄丅接线变压器绕组的同名端。
如图4所示，所述测控系统MCS包括电压互感器VT、电流互感器CT和控制器CD，控制器CD的输入端分别与电压互感器VT、电流互感器CT的测量信号输出端相连；控制器CD的输出端分别与无功补偿单元SVG1、无功补偿单元SVG2和无功补偿单元SVG3的控制端相连接。
实施例三
本实用新型需要通过一种电气化铁路同相供电综合补偿方法来实现其功能，本实施例以二端口补偿模式综合补偿方法为例，一种电气化铁路同相供电综合补偿装置的补偿方法具体步骤为：
(1)通过计算机仿真技术，确定牵引变电所负荷过程，根据牵引变电所负荷过程，比选负序补偿装置NCD的拓扑结构，确定最终拓扑结构形式。
(2)以三相高压母线HB对应的公共连接点处的负序允许量Sε作为其负序功率允许值；
(3)控制器CD通过电压互感器VT和电流互感器CT测量得到的电压和电流计算出负荷SL，判断负荷SL的负序功率
Figure BDA0002222372270000041
与三相高压母线负序允许功率Sε的关系：若
Figure BDA0002222372270000042
此时不需要对负序进行补偿；若
Figure BDA0002222372270000043
此时需要对负序进行治理。
(4)若
Figure BDA0002222372270000044
负序补偿装置NCD投入工作，控制器控制相应无功补偿单元发出无功功率，实现对负序的治理。若补偿后三相高压母线处的功率因数不变，则无功补偿单元SVG1和无功补偿单元SVG2的大小分别为：
Figure BDA0002222372270000045
当馈线负荷处于牵引工况时，Q1和Q2分别为感性和容性；当馈线负荷处于再生工况时，Q1和Q2分别为容性和感性。
实施例四
如图5所示，本实用新型实施例提供了丄丅接线补偿变压器示意图，包括两个并列的单相铁芯一1、单相铁芯二2及其绕组，单相铁芯一1上绕有第一原边绕组AB以及第一次边绕组ab，单相铁芯二2上绕有第二原边绕组CD和第二次边绕组cd；其中，第一原边绕组AB的中点抽头与第二原边绕组的D端子相连接，第二次边绕组cd的中点抽头与第一次边绕组ab的b端子相连接；所述第一原边绕组AB的匝数m与第二原边绕组CD的匝数n之间的关系为：
Figure BDA0002222372270000046
第一次边绕组ab的匝数m′与第二次边绕组cd的匝数n′之间的关系为：n′＝2m′。

Claims (3)

1.一种电气化铁路同相供电综合补偿装置，包括与电网变电站连接的三相高压母线HB以及原边与三相高压母线HB连接的单相牵引变压器TT、负序补偿装置NCD和测控系统MCS构成的同相供电牵引变电所CSS；所述单相牵引变压器TT的次边一侧端口串接电流互感器CT后接入接触网OCS，另一侧端口并接电压互感器VT后接地；其特征在于：所述负序补偿装置NCD包括原边与三相高压母线HB的A、B、C三相相连的丄丅接线变压器在内的两种拓扑结构；拓扑结构之一：描述为二端口补偿模式，包括原边与三相高压母线HB的A、B、C三相相连的丄丅接线变压器，丄丅接线变压器次边的ac端口与无功补偿单元SVG1相连，丄丅接线变压器次边的ad端口与无功补偿单元SVG2相连；拓扑结构之二：描述为三端口补偿模式，包括原边与三相高压母线HB的A、B、C三相相连的丄丅接线变压器，丄丅接线变压器次边的ac端口与无功补偿单元SVG1相连，丄丅接线变压器次边的ad端口与无功补偿单元SVG2相连，丄丅接线变压器次边的ab端口与无功补偿单元SVG3相连；所述测控系统MCS包括电压互感器VT、电流互感器CT和控制器CD，控制器CD的输入端分别与电压互感器VT、电流互感器CT的测量信号输出端相连；若为二端口补偿模式，控制器CD的输出端分别与无功补偿单元SVG1、无功补偿单元SVG2的控制端相连接，若为三端口补偿模式，控制器CD的输出端分别与无功补偿单元SVG1、无功补偿单元SVG2、无功补偿单元SVG3的控制端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路同相供电综合补偿装置，其特征在于：所述单相牵引变压器TT的原边绕组与三相高压母线HB中的任意两相相连，负序补偿装置NCD根据单相牵引变压器TT原边与三相高压母线HB相连的相序形成与之匹配的拓扑结构；若牵引网供电方式为直供方式或者带回流线的直供方式，所述单相牵引变压器TT次边绕组的一个端子接地，另一个端子接至接触网OCS，若牵引网供电方式为AT供电方式，所述单相牵引变压器TT次边绕组的一个端子接至接触网OCS，另一个端子接至负馈线。
3.根据权利要求1所述的一种电气化铁路同相供电综合补偿装置，其特征在于：所述丄丅接线补偿变压器，包括两个并列的单相铁芯一(1)、单相铁芯二(2)及其绕组，单相铁芯一(1)上绕有第一原边绕组AB以及第一次边绕组ab，单相铁芯二(2)上绕有第二原边绕组CD和第二次边绕组cd；其中，第一原边绕组AB的中点抽头与第二原边绕组的D端子相连接，第二次边绕组cd的中点抽头与第一次边绕组ab的b端子相连接；所述第一原边绕组AB的匝数m与第二原边绕组CD的匝数n之间的关系为：
Figure FDA0002222372260000011
第一次边绕组ab的匝数m′与第二次边绕组cd的匝数n′之间的关系为：n′＝2m′。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110611323A (zh) * 2019-09-30 2019-12-24 西南交通大学 一种电气化铁路同相供电综合补偿装置及其综合补偿方法
CN111682556A (zh) * 2020-06-15 2020-09-18 西南交通大学 一种同相供电牵引变电所的构造及其补偿方法

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