專利名稱：電力機車無斷電過分相-電能質(zhì)量綜合補償裝置及其方法
電力機車無斷電過分相-電能質(zhì)量綜合補償裝置及其方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于鐵路運輸設(shè)備和電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種兼具實現(xiàn)電力機車 無斷電帶載自動通過牽弓I網(wǎng)電分相和實現(xiàn)牽弓I變電站電能質(zhì)量綜合補償功能的裝置。
背景技術(shù)：
向高速、重載、大密度化發(fā)展的電氣化鐵路致使?fàn)恳?fù)荷成倍增長，客運專線的 單機(列)功率已達(dá)到23000kW，牽引變電所主變安裝容量遠(yuǎn)期達(dá)到了 75MVA以上，甚至 120MVA。一方面，電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)對于外部電力系統(tǒng)而言具有三相分布不對稱性、 沖擊性、非線性等特點，在現(xiàn)行電網(wǎng)條件下，成倍增長的牽引負(fù)荷使包括負(fù)序、無功和諧波 等潮流在內(nèi)的電能質(zhì)量問題正日顯突出，成為影響電力系統(tǒng)和電鐵負(fù)荷安全穩(wěn)定運行的重 要因素，對其治理難度和治理成本也隨之大幅提高。另一方面，中國現(xiàn)行的牽引網(wǎng)單邊供電 模式以及相應(yīng)的牽引變電站輪換相序連接方式，決定了牽引網(wǎng)上必然存在電分相環(huán)節(jié)。在 現(xiàn)有的自動過電分相技術(shù)中，無論是地面開關(guān)自動切換方案還是車上自動控制斷電方案， 當(dāng)機車通過電分相中性段時，都必然要經(jīng)歷一個從有電到無電再到有電的過程。如圖1所 示為地面開關(guān)自動切換方案，其工作原理為在沒有列車通過時，地面上的真空斷路器Sl 閉合，真空斷路器S2斷開，中性段16與左側(cè)供電臂14的電壓相同；當(dāng)電力機車經(jīng)由牽引供 電臂14區(qū)間通過第一個絕緣錨段關(guān)節(jié)MDa駛?cè)胫行远?6區(qū)間，位置傳感器8檢測發(fā)出指 令使真空開關(guān)S1斷開，待妥善關(guān)閉后再令&閉合，中性段16與右側(cè)供電臂15的電壓相同， 列車安全通過第二個絕緣錨段MDb關(guān)節(jié)；位置傳感器9檢測到電力機車全部駛到牽引供電 臂15區(qū)段后，發(fā)出指令使真空開關(guān)&斷開，S1閉合，恢復(fù)到初始狀態(tài)。而車上自動斷電方 案，是依靠列車在收到分相預(yù)告信號后，封鎖機車觸發(fā)脈沖并斷開主斷路器，使機車惰性通 過無電區(qū)；在通過無電區(qū)后，檢測到過分相的信號，并自動檢測到牽引網(wǎng)壓從無到有的跳變 后，再閉合住斷路器，自起劈相機，順序啟動輔機，然后加載電機電流。這一系列“斷電-復(fù) 電”的操作，將引起機車供電系統(tǒng)出現(xiàn)不同類型的過電壓和涌流等過程。如日本新干線曾經(jīng) 檢測到過電壓最高為90. SkV的合閘過電壓，振蕩頻率范圍在6 34kHz。過電壓可造成車 頂絕緣間隙擊穿，形成鐵路供電系統(tǒng)的對地短路，造成變電所經(jīng)常跳閘，嚴(yán)重影響機車的正 常運行。實測中電力機車通過電分相區(qū)的合閘涌流最大可達(dá)機車原負(fù)荷的9. 5倍。盡管可 將機車指令電流限定為零，待通過電分相后再控制電流上升率以避免引起涌流，但重新啟 動機車的延時會達(dá)6s以上，對高速列車的速度影響很大。電分相環(huán)節(jié)及自動過分相問題一 直嚴(yán)重制約著高速、重載列車的安全可靠運行，至今尚無對癥良藥，尋找新的解決方案勢在 必行。
采用動態(tài)補償技術(shù)對牽引變電站進(jìn)行負(fù)序、無功和諧波的綜合補償已成為治 理牽引供電系統(tǒng)電能質(zhì)量問題的重要手段，其中，基于兩相式靜止同步補償器Gtatic SynchronousCompensator, STATC0M)的牽引變電站電能質(zhì)量綜合補償技術(shù)已引起研究者越 來越多的重視(參見參考文獻(xiàn)Uzuka T, Ikedo S, Ueda K. A static voltage fluctuation compensator forAC electric railway. Proceedings of IEEE 35th Annual PowerElectronics SpecialistsConference，2004，3 :1869-1873)。該裝置結(jié)構(gòu)原理如圖 2 所示。 裝置左右兩側(cè)各包括2臺相同結(jié)構(gòu)的單相電壓源變流器Val、Va2和Vbl、Vb20單相電壓源變 流器采用基于IGCT器件的3電平單相H橋結(jié)構(gòu)，每臺單相電壓源變流器包括2個橋臂和2 個由電容串聯(lián)而成的電容器組(電容器組如圖2中C” C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8所示)。4臺 電壓源變流器的直流側(cè)母線正極全部引出并相連接于點P，直流側(cè)母線負(fù)極全部引出并相 連接于點N，中性點全部引出相連于點C。直流電容器組CpC2, C3, C4, C5、C6，C7、C8額定電壓 為3kVX 2，IGCT規(guī)格為6kV/6kA。兩相式STATC0M裝置交流側(cè)各采用1臺串聯(lián)2重化變壓 器Ta和Tb，用以實現(xiàn)電壓、電流匹配并降低輸出電壓諧波，單個IGCT開關(guān)頻率為450Hz，等 效開關(guān)頻率約3600kHz，裝置設(shè)計規(guī)格為20MVA/60kV(5MVAX2串X2相)。
采用這種兩相式STATC0M裝置在牽引變電站的應(yīng)用連接方式如圖3所示，兩相式 STATC0M裝置一側(cè)輸出端子為X、y，另一側(cè)端子為Z、W。端子χ經(jīng)斷路器BKa接入牽引供電 臂14，端子ζ經(jīng)斷路器Kib接入牽引供電臂15，兩個端子y和w則均接入接地導(dǎo)軌。牽引供 電臂14、電分相中性段16和牽引供電臂15相對應(yīng)的下方地面上設(shè)置位置傳感器7、8、9。
兩相式STATC0M裝置針對牽引變電站電能質(zhì)量控制過程描述如下首先STATC0M 裝置控制其共用的直流側(cè)電容C電壓，使之維持在一定的水平；然后檢測并比較牽引供電 臂1和牽引供電臂2上牽引負(fù)荷的有功功率大小，并通過共用直流側(cè)電容器C使有功功率 Pc在“背靠背”連接的兩組變流器Va、vb之間實現(xiàn)轉(zhuǎn)移。當(dāng)STATC0M裝置容量足夠時可使兩 側(cè)牽引供電臂1和2的負(fù)荷有功功率相互平衡。此外，“背靠背”連接的兩側(cè)變流器Va和Vb 可分別獨立地對兩側(cè)供電臂補償無功功率Qca和Q。2，以及補償諧波電流i。hl和^。
根據(jù)以上所述兩相式STATC0M拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作過程可知，所述裝置僅與電分相兩 側(cè)的牽引供電臂14、15分別相連，未接入電分相中性段16，僅能針對負(fù)序、無功和諧波潮流 以及由此引起的電壓波動、閃變和三相不平衡等電能質(zhì)量問題的治理。電力機車在通過電 分相時仍需要另外增加專門的地面開關(guān)自動切換過分相設(shè)備或采用車上自動斷電控制方 案。而且這些方式均不可避免地使機車存在一個“斷電-復(fù)電”的過程，由此產(chǎn)生的一系列 過渡過程并形成暫態(tài)危害，嚴(yán)重制約了電鐵的高速、可靠運行。
綜上所述，客觀上需要在中國現(xiàn)有牽引供電模式基礎(chǔ)上研制一種既能解決高速電 力機車自動通過分相存在的一系列暫態(tài)危害，同時又能實現(xiàn)牽引變電站電能質(zhì)量綜合補償 的新型牽引供電設(shè)備，從而全面適應(yīng)高速、重載列車對牽引供電系統(tǒng)的要求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電力機車無斷電過分相-電能 質(zhì)量綜合補償裝置及其方法，本裝置可在已有的牽引供電模式下用于全面解決牽引變電站 和電分相的電能質(zhì)量問題。
本發(fā)明要解決的關(guān)鍵問題1，是在高速電力機車通過電分相期間，通過對電分相中 性段電壓的生成和連續(xù)控制，自動實現(xiàn)電力機車無斷電滿功率通過電分相環(huán)節(jié)，使高速電 力機車在該過程中始終能無斷電地以額定牽引功率全速運行或以額定功率運行于再生制 動狀態(tài)。從而實現(xiàn)機車通過電分相期間不需分合主斷路器、無拉弧、無截留過電壓、諧振過 電壓、合閘過電壓，電壓互感器無飽和，同時機車主、輔助供電系統(tǒng)均不斷電，主變壓器和輔 助繞組均無涌流，無牽引力損失和速度降落，確保電力機車高速、安全、可靠地通過電分相。7
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題2，是在沒有電力機車通過電分相環(huán)節(jié)期間，提供針對牽 引變電站負(fù)序、無功和諧波等潮流的綜合補償，從而抑制牽引變電站三相電壓不平衡和三 相電壓波動、實現(xiàn)動態(tài)無功補償和諧波補償、穩(wěn)定牽引網(wǎng)電壓和提高電氣化鐵路運能等。本 裝置利用一個可控投切開關(guān)2，實現(xiàn)在兩種工作模式之間切換，
為實施上述目的，本發(fā)明提出的一種電力機車無斷電過分相-電能質(zhì)量綜合補償 裝置，該裝置包括共用直流側(cè)電容器的兩相“背靠背”式變流器，三個位置傳感器，其特征在 于，該裝置還包括由開關(guān)BKa、BKffl, BKb組成的斷路器開關(guān)，可控投切開關(guān)，四個電氣量傳感 器，原邊繞組帶有中間抽頭的單相降壓變壓器，兩個單相降壓變壓器和主控制器；其中，所 述兩相“背靠背”式變流器的左側(cè)上方輸出端子與原邊帶有中間抽頭的單相降壓變壓器副 邊繞組上端子相連接，兩相“背靠背”式變流器的左側(cè)下方輸出端子與原邊帶有中間抽頭的 單相降壓變壓器副邊繞組下端子相連接；所述帶有原邊帶有中間抽頭的變壓器的原邊繞組 上端子與可控投切開關(guān)的下端口相連接，可控投切開關(guān)的上端口與開關(guān)BKa的下端口串聯(lián)， 開關(guān)BKa的上端口為輸出端子1 ；所述原邊繞組帶有中間抽頭的單相降壓變壓器的原邊繞 組中間抽頭端子與第二單相降壓變壓器的副邊繞組下端口相連接，第二單相降壓變壓器的 副邊繞組上端口與第一單相降壓變壓器的副邊繞組下端口相連接；第一單相降壓變壓器的 副邊繞組上端口與開關(guān)BKm的下端口串聯(lián)，開關(guān)BKm的上端口為輸出端子m ；所述兩相“背靠 背”式變流器的右側(cè)上輸出端子與開關(guān)BKb的下端口串聯(lián)，開關(guān)BKb的上端口為輸出端子r ； 所述第一單相降壓變壓器的原邊繞組上端子與可控投切開關(guān)的上端口相連接，所述第二單 相降壓變壓器的原邊繞組上端子與斷路器開關(guān)1的BKb的下端口相連接；
第一電氣量傳感器安裝在開關(guān)BKa下端口 ；第二電氣量傳感器安裝在開關(guān)BKm下端 口 ；第三電氣量傳感器安裝在開關(guān)BKb下端口 ；第四電氣量傳感器安裝在第二單相降壓變 壓器的副邊繞組下端口 ；第一位置傳感器、第二位置傳感器分別安裝在電分相兩側(cè)的牽引 供電臂下方地面，第三位置傳感器安裝在電分相中性段中間位置的下方地面。當(dāng)所述三個 位置傳感器檢測到電力機車達(dá)到所在位置時，分別向所述主控制器發(fā)送位置信號；
所述主控制器具有7個信號輸入端口和4個信號輸出端口 ；主控制器的7個信號 輸入端口均采用信號線分別與各電氣量傳感器和位置傳感器相連接；主控制器的4個信號 輸出端口均采用信號線分別與斷路器開關(guān)，可控投切開關(guān)，變流器組Va和Vb的控制信號端 口相連接；
所述的主控制器實時檢測來自各電氣量傳感器的電氣信號以及來自各位置傳感 器位置信號；主控制器產(chǎn)生對所述兩相“背靠背”式變流器的控制信號，對可控投切開關(guān)的 投切控制信號和斷路器開關(guān)的閉合/關(guān)斷控制信號；當(dāng)電力機車通過電分相時，使可控投 切開關(guān)斷開，所述裝置工作在無斷電過分相模式，通過變壓變頻移相技術(shù)對中性段電壓進(jìn) 行幅值和相位控制，實現(xiàn)電力機車無斷電帶載通過分相；當(dāng)無機車通過時，使可控投切開關(guān) 閉合，所述裝置工作在電能質(zhì)量綜合補償模式，實現(xiàn)有功功率轉(zhuǎn)移、無功功率補償和諧波補 償，能夠解決牽引變電站存在的三相電壓不平衡和電壓波動波動，功率因數(shù)低下以及諧波 污染等問題，顯著提高電氣化鐵路的運輸能力及運行可靠性。
本發(fā)明適用于采用直接供電模式和同軸電纜(Coaxial Cable, CC)供電模式的牽 引供電系統(tǒng)，也適用于采用AT供電模式的牽引供電系統(tǒng)。對于是單線鐵道的牽引供電網(wǎng)， 電分相采用一套發(fā)明裝置即可實現(xiàn)全部功能。對于是復(fù)線鐵道的牽引供電網(wǎng)，每個電分相中性段均需安裝1套發(fā)明裝置，當(dāng)機車通過其中1個電分相中性段時，所在中性段的1套發(fā) 明裝置進(jìn)入并運行于電力機車無斷電過分相模式，實現(xiàn)該電力機車的無斷電通過電分相過 程；當(dāng)沒有機車通過電分相時，兩套發(fā)明裝置均進(jìn)入并運行于電能質(zhì)量綜合補償模式；當(dāng) 作為過分相裝置使用時，只要上下行線路的機車不同時通過電分相，兩套發(fā)明裝置可互為 熱備用，可顯著提高了發(fā)明裝置的運行可靠性。
本發(fā)明的特點及有益效果如下
本發(fā)明能夠保證高速電力機車在通過電分相的全部過程中以額定功率不間斷地 連續(xù)受流，完全避免了采用傳統(tǒng)手工操作過分相或自動過分相技術(shù)時，在機車供電系統(tǒng)過 電分相的暫態(tài)過程中存在的過電壓和過電流等危害。電力機車在通過電分相期間無需分合 主斷路器、無拉弧、無截留過電壓、諧振過電壓、合閘過電壓，電壓互感器無飽和。同時，機車 的主、輔助供電系統(tǒng)均不斷電，主變壓器和輔助繞組均無涌流，無牽引力損失和速度降落， 尤其適于高速、重載列車以及在復(fù)雜地形條件的牽引供電要求，實現(xiàn)電力機車安全、高速通 過電分相。同時，本發(fā)明是針對中國既有的牽引供電模式進(jìn)行設(shè)計的，相對于同相供電模 式，它在實現(xiàn)高速電力機車不斷電通過電分相的同時基本無需對既有的牽引電網(wǎng)線路、變 壓器和接線方式進(jìn)行改動，大大降低了工程實際應(yīng)用的難度和成本，而且對三相系統(tǒng)的負(fù) 序影響相對同相供電模式也顯著降低。根據(jù)所述發(fā)明裝置的工作原理可知，僅當(dāng)機車過電 分相的若干秒級時間周期內(nèi)所述發(fā)明裝置進(jìn)入機車無斷電過分相模式對電分相中性段電 壓進(jìn)行控制，除此之外的絕大部分時間均工作在對牽引變電站電能質(zhì)量綜合補償模式，對 牽引供電系統(tǒng)的負(fù)序、無功和諧波等電能質(zhì)量問題進(jìn)行綜合補償，對以長時間概率方式考 核的各電能質(zhì)量指標(biāo)而言，其補償效果幾乎不受任何影響。作為占所述發(fā)明裝置成本核心 部分的兩相“背靠背”式變流器，其一側(cè)變流器的功率容量僅相當(dāng)于單列電力機車牽引功率 的0. 5 0. 7倍，通過一組降壓變壓器的電壓合成顯著降低了其功率設(shè)計容量和成本。所 述發(fā)明也是對既有的兩相式STATC0M裝置功能的有效拓展，性價比得以顯著提高。


圖1為已有的地面開關(guān)自動過分相技術(shù)方案示意圖。
圖2為已有的兩相式STATC0M裝置的兩相“背靠背”式變流器電路結(jié)構(gòu)圖。
圖3為已有的兩相式STATC0M裝置在牽引變電站內(nèi)的接線示意圖。
圖4為本發(fā)明提出的電力機車無斷電自動過分相及電能質(zhì)量綜合補償裝置系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明提出的電力機車無斷電自動過分相及電能質(zhì)量綜合補償裝置省去 變壓器組Tb的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明所述兩相“背靠背”式變流器3的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本發(fā)明所述兩相“背靠背“式變流器3省去變壓器組Tb的結(jié)構(gòu)示意圖
圖8為構(gòu)成本發(fā)明所述變流器組Va和Vb的2η個電壓源變流器\的2種實施例 結(jié)構(gòu)圖；其中，圖8(a)為采用2電平單相H橋結(jié)構(gòu)示意圖，圖8(b)為采用二極管中點箝位 的3電平變流器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為本發(fā)明由所述m個單相多繞組變壓器 ；構(gòu)成的單相串聯(lián)多重化降壓變壓 器組實施例結(jié)構(gòu)圖。
圖10為本發(fā)明由所述m個單相多繞組變壓器 ；構(gòu)成的單相并聯(lián)多重化降壓變壓 器組實施例結(jié)構(gòu)圖。
圖11構(gòu)成本發(fā)明單相多重化降壓變壓器組Tb的單相多繞組變壓器 ；的結(jié)構(gòu)實施 例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12為本發(fā)明所述原邊繞組帶有中間抽頭的單相降壓變壓器10實施例結(jié)構(gòu)圖。
圖13為本發(fā)明所述2臺單相降壓變壓器11，12結(jié)構(gòu)示意圖。
圖14為本發(fā)明應(yīng)用于直接供電模式(或CC供電模式)牽引變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示 意圖。
圖15為本發(fā)明應(yīng)用于AT供電模式牽引變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖16為本發(fā)明所述主控制器13實現(xiàn)中性段合成電壓V16的變壓變頻移相技術(shù)相 量分析圖。
圖17為本發(fā)明所述主控制器13實現(xiàn)中性段合成電壓V16的變壓變頻移相程序流 程圖。
圖18為根據(jù)所述正弦波表Gc1 = 128個點)得到的電壓信號v,ef。的標(biāo)幺化計算 參考V。*波形圖。
圖19為所述裝置應(yīng)用于非平衡牽引變壓器電分相時，主控制器13移相期間生成 所述參考電壓vMf。的有效值Vots與對應(yīng)的累計移相角θ的函數(shù)關(guān)系圖。
圖20為所述裝置應(yīng)用于平衡牽引變壓器電分相時，主控制器13移相期間生成所 述參考電壓ν&。的有效值Vots與對應(yīng)的累計移相角θ的函數(shù)關(guān)系圖。
具體實施方式
本發(fā)明結(jié)合附圖及實施例詳細(xì)說明如下
本發(fā)明所述電力機車無斷電過分相-電能質(zhì)量綜合補償裝置的結(jié)構(gòu)如圖4和圖5 所示。本裝置包括由開關(guān)BKa、BKm、BKb組成的斷路器開關(guān)1，可控投切開關(guān)2，共用直流側(cè)電 容器的兩相“背靠背”式變流器3，電氣量傳感器4、5、6、17，位置傳感器7、8、9，原邊繞組帶 有中間抽頭的單相降壓變壓器10，單相降壓變壓器11、12和主控制器13。
如圖4，所述兩相“背靠背”式變流器3兩側(cè)各具有一對輸出端子，左側(cè)上方輸出端 子為A1，下方輸出端子為Bn，右側(cè)上方輸出端子為z，下方輸出端子為w ；所述原邊帶有中間 抽頭的單相降壓變壓器10的副邊繞組上、下2個端子分別為X、Y，原邊繞組的上、下2個端 子為χ、y，中間抽頭端子為U。所述單相降壓變壓器11的原邊繞組兩端子為ai、b1;副邊繞 組兩端子為％、b2 ；所述單相降壓變壓器12的原邊繞組兩端子為a3、b3，副邊繞組兩端子為 a4> b4。所述兩相“背靠背”式變流器3的輸出端子A1與降壓變壓器10副邊繞組端子X相 連接，輸出端子I與副邊繞組端子Y相連接。所述帶有中間抽頭的變壓器10的原邊繞組輸 出端子χ與可控投切開關(guān)2的下端口 g相連接，可控投切開關(guān)2的上端口 f與斷路器開關(guān) 1中的BKa的下端口串聯(lián)，BKa的上端口為輸出端子1。所述變壓器10的原邊繞組中間抽頭 端子u與單相降壓變壓器12的副邊繞組下端口 b4相連接，單相降壓變壓器12的副邊繞組 上端口 與單相降壓變壓器11的副邊繞組下端口 1 相連接，單相降壓變壓器11的副邊繞 組上端口 與斷路器開關(guān)1中的BKm的下端口串聯(lián)，BKffl的上端口為輸出端子m ；所述兩相 “背靠背”式變流器3的輸出端子ζ與斷路器開關(guān)1的Kib的下端口串聯(lián)，BKb的上端口為輸10出端子r ；所述單相降壓變壓器11的原邊繞組上方端子 與可控投切開關(guān)2的上端口 f相 連接，所述單相降壓變壓器12的原邊繞組上方端子％與斷路器開關(guān)1的BKb的下端口相連 接；
所述電氣量傳感器4安裝在斷路器開關(guān)1的BKa下端口，用以測量該端口側(cè)的電氣 信號％(包括該端口電壓信號V4和流經(jīng)該端口的電流信號14和左側(cè)牽引供電臂電流i41)； 電氣量傳感器5安裝在斷路器開關(guān)1的BKm下端口，用以測量該端口的電氣信號e5 (包括該 端口電壓信號V5和流經(jīng)該端口的電流信號i5)；電氣量傳感器6安裝在斷路器開關(guān)1的BKb 下端口，用以測量該端口的電氣信號％ (包括該端口電壓信號V6和流經(jīng)該端口的電流信號 i6和右側(cè)牽引供電臂電流i61)；所述電氣量傳感器17安裝在單相降壓變壓器12的副邊繞 組下端口 b4，用以測量該端口的電氣信號e17 (包括該端口電壓信號V17)；所述位置傳感器7、 9分別安裝在電分相兩側(cè)的牽引供電臂14和15下方地面，位置傳感器8安裝在電分相中性 段16中間位置的下方地面。當(dāng)所述位置傳感器7、8、9檢測到電力機車達(dá)到所在位置時，分 別向主控制器13發(fā)送位置信號w7’、w8和W90
所述主控制器13具有7個信號輸入端口 an” In2, In3> In4, In5, In6, In7)和4個 信號輸出端口(OpC^OyO4),如圖4所示。電氣量傳感器4，5，6和17的信號輸出端口分 別為d4，d5，d6和d17 ；位置傳感器7，8和9的信號輸出端口分別為d7，d8和d9。主控制器13 的7個信號輸入端口均采用信號線分別與電氣量傳感器4，5，6，17和位置傳感器7，8，9相 連接。其中，主控制器13的信號端口 In1與電氣量傳感器4的信號端口 d4與相連，In2與電 氣量傳感器5的信號端口 d5相連，In3與電氣量傳感器6的信號端口 d6相連；In4與位置傳 感器7的信號端口 d7相連，In5與位置傳感器8的信號端口 d8相連，In6與位置傳感器9的 信號端口 d9相連，In7與電氣量傳感器17的信號端口 d17相連?？煽赝肚虚_關(guān)2的控制信 號端口為d2，由開關(guān)BKa、BKffl, BKb組成的斷路器開關(guān)1的控制信號端口分別為da，《和db。 電壓源變流器組Va的控制信號端口為Dva (Dva表示構(gòu)成變流器組Va的所有IGBT的控制信號 端口總和)，電壓源變流器組Vb的控制信號端口為Dvb (Dvb表示構(gòu)成變流器組Vb的所有IGBT 的控制信號端口總和)。主控制器13的4個信號輸出端口均采用信號線分別與斷路器開關(guān) 1，可控投切開關(guān)2，變流器組Va和Vb的控制信號端口相連接。其中，主控制器13的信號輸 出端口 O1與斷路器開關(guān)1的信號端口 da，dm和db相連接, 與可控投切開關(guān)2的控制信號 端口 d2相連，O3與變流器組Va的控制信號端口 Dva相連，O4與變流器組Vb的控制信號端口 Dvb相連。
所述的主控制器13實時檢測來自電氣量傳感器4、5、6、17的電氣信號e4、e5、e6、 e17以及來自位置傳感器7、8、9的位置信號W7，、W8和 。主控制器13產(chǎn)生對所述兩相“背 靠背”式變流器3的控制信號Cva和Cvb，對可控投切開關(guān)2的投切控制信號C2和斷路器開關(guān) 1的閉合/關(guān)斷控制信號C1 ；當(dāng)電力機車通過電分相時，使可控投切開關(guān)2斷開，所述發(fā)明 裝置工作在無斷電過分相模式，通過變壓變頻移相技術(shù)對中性段16電壓進(jìn)行幅值和相位 控制，實現(xiàn)電力機車無斷電帶載通過分相；當(dāng)無機車通過時，使可控投切開關(guān)2閉合，所述 裝置工作在電能質(zhì)量綜合補償模式，實現(xiàn)有功功率轉(zhuǎn)移、無功功率補償和諧波補償，以解決 牽引變電站存在的三相電壓不平衡和電壓波動波動，功率因數(shù)低下以及諧波污染等問題。
所述共用直流側(cè)電容器的兩相“背靠背”式變流器3，由共用直流側(cè)電容器組C的 2臺“背靠背”式連接單相電壓源變流器組Va和Vb，與右邊單相電壓源變流器組Vb交流側(cè)相連接的1臺單相多重化變壓器組Tb構(gòu)成，如圖4所示。所述共用直流側(cè)電容器的兩相“背 靠背”式變流器3，亦可以省去所述單相多重化變壓器組Tb，直接由單相電壓源變流器組Vb 引出一對輸出端子ζ和w，如圖5所示。
所述兩相“背靠背”式變流器3的2種具體實施例結(jié)構(gòu)分別如圖6和圖7所示。兩 種實施例結(jié)構(gòu)相同之處為采用“背靠背”連接的單相電壓源變流器組Va和Vb均由η個相 同的單相電壓源變流器Vri，Vr2,Vm構(gòu)成。η為正整數(shù)，η的取值關(guān)系滿足以下關(guān) 系令單列高速電力機車額定功率容量為St，任意一個單相電壓源變流器^的額定視在功 率容量為Sw，則η取值應(yīng)滿足關(guān)系式(1)
式(1)中kt的取值決定于牽引變電站電分相所采用的牽引變壓器類型，當(dāng)采用以 V/V接線型為代表的非平衡牽引變壓器時，kt = 1/2 ；當(dāng)采用以SCOTT接線型為代表的平 衡牽引變壓器時，& =^/2。根據(jù)現(xiàn)有高速電力機車額定功率及現(xiàn)有功率器件IGBT制造水 平，η通常滿足10 ^ η ^ 70 ；直流側(cè)電容器組分別由直流側(cè)電容器Cu、CL2,…Cy Cta和 Cei>CE2,…CKi…CKn組成，單相電壓源變流器組Va中第i個電壓源變流器^的直流側(cè)電容 器。與單相電壓源變流器組Vb中第i個(1彡i彡η)電壓源變流器L的直流側(cè)電容器 CEi按照正、負(fù)極性相互并聯(lián)(當(dāng)Vh采用二極管箝位的3電平結(jié)構(gòu)時，Vu和VKi的中性極相 互連接，圖中未示出)，從而共同構(gòu)成共計η組“背靠背”式變流器中的第i組“背靠背”連 接的變流器，各組“背靠背”連接的變流器直流側(cè)電容器相互之間獨立，電氣保持隔離。
兩種實施例結(jié)構(gòu)的不同之處分別說明如下
第一種實施例結(jié)構(gòu)如圖6所示，該結(jié)構(gòu)用于如圖4所示的裝置；其中，單相電壓源 變流器組Va中第i個電壓源變流器Vh的兩個橋臂的中點ApBi分別與相鄰的第i_l和i+1 個單相電壓源變流器的橋臂中點B"和Aw依次連接，同時將單相電壓源變流器Vri的橋臂 中點A1和Vm的橋臂中點Bn分別引出作為單相電壓源變流器組Va的2個輸出端子，其中Va 稱為級聯(lián)型η電平變流器，或稱之為η電平鏈?zhǔn)阶兞髌鹘M。在單相電壓源變流器組Vb中， 第i個單相電壓源變流器L的兩個橋臂中點A” Bi分別與單相多重化變壓器組Tb副邊的 第i繞組^ii兩端口連接，并通過所述多重化變壓器組Tb的多重化連接將該側(cè)η個單相電 壓源變流器Vri構(gòu)成單相電壓源變流器組Vb。多重化變壓器組Tb原邊繞組2端子分別作為 所述兩相“背靠背”式變流器3的右側(cè)輸出端子ζ和W。
第二種實施例結(jié)構(gòu)如圖7所示，該結(jié)構(gòu)用于如圖5所示的裝置，其中，單相電壓源 變流器組Va和Vb均是由η個單相電壓源變流器構(gòu)成的η電平鏈?zhǔn)阶兞髌鹘M，所述單相電壓 源變流器組Va、Vb中任一個單相電壓源變流器Vh的兩個橋臂的中點ApBi分別與相鄰的第 i-Ι和i+Ι個單相電壓源變流器的橋臂中點Bg和Ain依次連接，其中，電壓源變流器組Va 中第1個單相電壓源變流器Vri的橋臂中點A1和第η個單相電壓源變流器Vm的橋臂中點 Bn分別引出，作為電壓源變流器組Va的2個輸出端子。單相電壓源變流器組Vb中第1個 單相電壓源變流器Vri的橋臂中點A1與連接電抗器L1相串聯(lián)，第η個單相電壓源變流器Vm 的橋臂中點Bn與連接電抗器L2相串聯(lián)。連接電抗器L1和L2的右側(cè)端口分別作為所述兩相 “背靠背”式變流器3的輸出端子ζ和W。
上述兩個兩相“背靠背”式變流器3實施例中的每個單相電壓源變流器Ii有2種 實施例結(jié)構(gòu)，如圖8所示，由于每個電壓源變流器結(jié)構(gòu)完全相同，圖8中僅示出第i個單相 電壓源變流器Vh的結(jié)構(gòu)(1≤i≤η)。第一種實施例結(jié)構(gòu)如圖8(a)所示，單相電壓源變 流器I采用2電平單相H橋結(jié)構(gòu)，包含有兩個橋臂，其中每個橋臂分別由上下2個絕緣門 極雙極型晶體管(IGBT) Sn、Si2和Si3、Si4及其反并聯(lián)二極管Dn、Di2和Di3、Di4組成。兩個 橋臂的上、下端分別連接在一起，構(gòu)成變流器的直流母線并與直流電容Ci相并聯(lián)，上端母線 為正極，下端母線為負(fù)極。第二種實施例結(jié)構(gòu)如圖8(b)所示，電壓源變流器Ii可采用二極 管中點箝位的3電平變流器結(jié)構(gòu)，包括有兩個橋臂，其中每個橋臂分別由上、下各2個絕緣 門極雙極性晶體管(IGBT) Sn、Si2、Si3、Si4和Si5、Si6、Si7、Si8及其反并聯(lián)二極管Dn、Di2, Di3、 Di4和Di5、Di6, Di7, Di8，箝位二極管QDn、QDi2、QDi3、QDi4和直流側(cè)兩組相互串聯(lián)的電容器Cn、 Ci2、Ci3、Cw組成。每個橋臂由2個電容器串聯(lián)構(gòu)造出一個電壓中性點，由電壓中性點引出2 只相互串聯(lián)的箝位二極管對該橋臂進(jìn)行電壓箝位，其中上側(cè)箝位二極管的陽極與下側(cè)箝位 二極管陰極相連后接入電壓中性點，同時上側(cè)箝位二極管的陰極接入上側(cè)2只IGBT連接中 點，下側(cè)箝位二極管的陽極接入下側(cè)2只IGBT的連接中點。2個橋臂的上、下兩端分別連 接在一起，與2組電容器組共同構(gòu)成變流器的直流母線，其上端母線為正極，下端母線為負(fù) 極，電容器構(gòu)造的中性點引出作為中性極。
本發(fā)明的共用直流側(cè)電容器的兩相“背靠背”式變流器3中的單相多重化降壓變 壓器組Tb由m個單相多繞組變壓器組 ；通過多重化連接構(gòu)成(m數(shù)值滿足η = mX j，通常 在5 30之間)，單相多重化變壓器組Tb可采用單相串聯(lián)多重化變壓器組結(jié)構(gòu)，也可采用 單相并聯(lián)多重化變壓器組結(jié)構(gòu)，用以實現(xiàn)構(gòu)成單相變流器組Vb中η個單相電壓源變流器Vh 的多重化連接和電氣隔離功能。單相串聯(lián)多重化變壓器組實施例如圖9所示，由共計m個 單相多繞組變壓器Tri、Tr2,. . . T 的m個原邊繞組P1, P2、. . . Pffl按同名端依次串聯(lián)，構(gòu)成所 述單相串聯(lián)多重化降壓變壓器組，Trl的原邊繞組上端口作為串聯(lián)多重化變壓器組Tb的原 邊繞組上端口 ζ，T 的原邊繞組下端口作為串聯(lián)多重化變壓器組Tb的原邊繞組下端口 w，副 邊共計η個繞組(n = mXj)。單相并聯(lián)多重化變壓器組實施例如圖10所示，共計m個單相 多繞組變壓器Tri、Tr2,. . . T 的m個原邊繞組P1, P2、. . . Pffl按同名端全部并聯(lián)，構(gòu)成所述單 相并聯(lián)多重化變壓器組，每個單相多繞組變壓器的原邊繞組上、下端口全部相互并聯(lián)，共同 構(gòu)成并聯(lián)多重化變壓器組Tb的原邊繞組端口 z，w，副邊共計η個繞組(n = mX j)。
上述每個單相多繞組變壓器 ；由1個原邊繞組P和j個副邊繞組&i、SE2, . . . Sej 構(gòu)成(其中j彡1，且j通常為不大于6的整數(shù))，如圖11所示(特別地，當(dāng)j = 1時I；退 化為普通的單相2繞組變壓器)。所述j個副邊繞組SK1、^、. . . Sej與原邊繞組P之間的互 阻抗完全相同，副邊繞組的分裂式接法使其相互之間阻抗很大，約為原邊與副邊互阻抗的2 倍以上。這樣，控制時各繞組之間相互的影響很小，可以有效減小因為控制脈沖誤差引起的 繞組間的循環(huán)功率。
本裝置中的原邊繞組帶有中間抽頭u的單相變壓器10實施例結(jié)構(gòu)，如圖12所示。 原邊繞組端子X和y之間的原邊繞組匝數(shù)為Np，端子X與中間抽頭U之間的繞組匝數(shù)為Npl， 中間抽頭u與端子y之間的繞組匝數(shù)為^，(其中Np = Np1+Np2)，副邊繞組匝數(shù)為Ns。令ku 表示繞組Np2與Np匝數(shù)之比，如下式( 所示
ku = Np2/Np(2)
當(dāng)本裝置所在牽引變電站采用以V/V型接線方式為代表的非平衡牽引變壓器時， ku應(yīng)滿足關(guān)系式(3)
ku = 1/2(3)
當(dāng)本裝置所在牽引變電站采用以SCOTT型接線方式為代表的平衡牽引變壓器時， ku應(yīng)滿足關(guān)系式
ku = 0.707(4)
所述單相變壓器10具有如下特征，令單相變壓器10的額定功率容量為Sltl，則端 子u和y之間的原邊繞組額定功率容量與端子χ和y之間原邊繞組通過的額定功率容量應(yīng) 相同，均等于變壓器10的額定功率容量Sltl，并滿足關(guān)系式(5)
S10 = kt · St(5)
式(5)中kt的取值決定于牽引變電站電分相所采用的牽引變壓器類型，當(dāng)采用以 V/V接線型為代表的非平衡牽引變壓器時，< =1/2;當(dāng)采用以SCOTT接線型為代表的平衡牽 引變壓器時名=萬/2。
本裝置的單相降壓變壓器11和12實施例分別如圖13(a)和13(b)所示，單相降 壓變壓器11和12參數(shù)規(guī)格均相同，其額定功率容量為S11和S12，原邊繞組匝數(shù)為N1，副邊 繞組匝數(shù)為隊，原、副邊匝數(shù)比ks應(yīng)滿足關(guān)系式(6)
ks = N1ZN2 = 2(6)
令通過牽引電分相的單列電力機車額定功率容量為St，單相降壓變壓器11、12的 額定功率容量S11和S12，應(yīng)滿足關(guān)系式(7)
S111=S12=K1^(7)λ
本裝置的主控制器13實施例，是由1片TMSM8335型DSP芯片和1片XC2S200型 FPGA芯片為中央計算和核心控制單元，共計16路A/D轉(zhuǎn)換通道處理包括全部電氣量采樣信 號e4、e5、ee在內(nèi)的模擬信號，共計10路開入信號通道處理包括全部位置傳感信號W7、 、W9 在內(nèi)的數(shù)字信號，共計12路開出信號用于處理包括全部輸出信號C1和C2在內(nèi)的數(shù)字信號。 由10片XC2S200型FPGA芯片和200個HFBR-1521型光纖發(fā)射芯片構(gòu)成主控器47全部控 制信號Cva和Cvb的生成，分配和輸出單元。
本發(fā)明所提出電力機車無斷電自動過分相及電能質(zhì)量綜合補償裝置，既可應(yīng)用于 直接供電模式(或CC供電模式)牽引供電系統(tǒng)，亦可應(yīng)用于AT供電模式牽引供電系統(tǒng)。圖 14為本裝置應(yīng)用于直接供電模式牽引變電站的系統(tǒng)接線圖。本裝置的左側(cè)引出端子1與 牽引供電臂14相連接，右側(cè)引出端子r與牽引供電臂15相連接，中間引出端子m與電分相 中性段16相連接，下方引出端子y和w均接入導(dǎo)軌地線。所述單相降壓變壓器11的原邊 繞組下端口 h接入導(dǎo)軌地線，所述單相降壓變壓器組12的原邊繞組下端口 b3接入導(dǎo)軌地 線。圖15為本裝置應(yīng)用于AT供電模式牽引變電站的系統(tǒng)接線圖。所述裝置的左側(cè)引出端 子1與牽引供電臂14相連接，右側(cè)引出端子r與牽引供電臂16相連接，中間引出端子m與 電分相中性段16相連接，下方引出端子y和w引入導(dǎo)軌地線。牽引電分相兩側(cè)的2臺自耦 變壓器(auto-transformer，AT)中間抽頭分別接入接地導(dǎo)線，電分相兩側(cè)的正饋線需斷開連接。在中國現(xiàn)有牽引供電系統(tǒng)，端子x、y之間以及端子z、w之間承受的牽引電壓通常為 27. 5kV0
本發(fā)明提出一種采用上述電力機車無斷電自動過分相及電能質(zhì)量綜合補償裝置 的實現(xiàn)電力機車無斷電過分相及實現(xiàn)牽引變電站電能質(zhì)量綜合補償?shù)姆椒ǎ龇椒冗m 用于所述裝置在直接供電模式和CC供電模式的牽引變電站應(yīng)用，也適用于所屬發(fā)明裝置 在AT供電模式的牽引變電站應(yīng)用。該方法(由主控制器中的的預(yù)先設(shè)置的程序?qū)崿F(xiàn))包 括以下步驟
1)本裝置準(zhǔn)備投入運行之前，主控制器13將控制信號Cva，Cvb全部封鎖，使裝置處 于待機狀態(tài)，然后主控制器13發(fā)送控制信號C1,使斷路器開關(guān)1的BKa、BKb, BKb全部閉合， 裝置并網(wǎng)；
2)主控制器13實時監(jiān)測各測量信號，當(dāng)主控制器13未接收到位置傳感器7、8、9 發(fā)送的位置信號W7，、W8和W9時，表明當(dāng)前沒有電力機車通過牽引變電站電分相，則使本裝 置進(jìn)入對牽引變電站電能質(zhì)量的綜合補償模式，該模式具體步驟如下
2-1)主控制器13發(fā)送控制信號C2使可控投切開關(guān)2閉合；此后，主控制器13實 時檢測電氣量傳感器4、6接收的電氣量信號e4和e6，并實時計算牽引供電臂14和牽引供 電臂15的牽引負(fù)荷功率Pli> Qli和PL2、Ql2(PL1 > Qli和PL2、Ql2分別為牽引供電臂14和15的 負(fù)荷有功功率和無功功率)并分解出負(fù)荷電流中的諧波電流成分ihl和U ；
2-2)主控制器13通過控制信號Cva和Cvb，使發(fā)明裝置在牽引供電臂14和15之間 轉(zhuǎn)移有功功率P。，以平衡兩側(cè)供電臂有功功率，并分別補償兩供電臂的無功功率Qu、Ql2和 諧波電流、和4，(采用與兩相式STATC0M相同的補償原理)從而實現(xiàn)對牽引變電站電 能質(zhì)量的綜合補償。
3)當(dāng)主控制器13接收到來自位置傳感器7或9發(fā)送的位置信號W7或W9時，表明 當(dāng)前有電力機車即將通過牽引變電站電分相，所述裝置退出電能質(zhì)量綜合補償模式，進(jìn)入 機車無斷電自動過分相模式。
在該模式主控器13采用如圖17所示程序流程，具體步驟如下
3-1)當(dāng)所述裝置進(jìn)入機車無斷電自動過分相模式，主控制器13首先將控制信號 Cva，Cvb全部封鎖，使發(fā)明裝置處于待機狀態(tài)，
3-2)判斷機車來車方向若主控制器13檢測到位置傳感器7發(fā)送的W7信號，表明 機車從牽引供電臂14方向開來，將從左側(cè)首先通過絕緣錨段關(guān)節(jié)MDa;若檢測到位置傳感 器9發(fā)送的W9信號，表明機車從牽引供電臂15方向開來，將從右側(cè)首先通過絕緣錨段關(guān)節(jié) MDb。
3-3)主控制器13發(fā)出控制信號C2控制可控投切開關(guān)2斷開，根據(jù)已經(jīng)判定的機 車過分相方向，主控制器13對移相起始電壓進(jìn)行鎖定。
以機車從牽引供電臂14方向開過來為例予以說明(當(dāng)機車從牽引供電臂15方向 開來時所述方法與之相同)主控制器13在確認(rèn)機車來車方向后，采集電氣量傳感器4的 采樣信號V4 (即為牽引供電臂14電壓Va的檢測信號)，采集電氣量傳感器5的采樣信號V5 和電氣量傳感器17的采集信號V17，并進(jìn)行移相起始電壓計算，其計算方法如下
聯(lián)合圖4和圖16(a)和(b)所示，令單相降壓變壓器11副邊繞組端口 、Id2之間 電壓為VTa、降壓變壓器12的副邊繞組端口 、b4之間電壓為VTb，二者相串聯(lián)后其副邊繞組15端口 和b4之間的電壓為VT。所述裝置中變流器組Va通過降壓變壓器10原邊繞組端口 u、y之間的輸出電壓為V。。
首先主控制器13將檢測電壓采樣信號V5和電壓采樣信號V17相減，所得即為電壓 Vt的檢測信號vt，可由式⑶計算得到
vt = V5-V17(8)
然后將電壓采集信號V4與Vt相減，所得即作為所述變流器組Va輸出電壓V。的參 考電壓信號vMf。，其計算方法如式(9)所示
Vrefo = V4-Vt(9)
主控制器13根據(jù)式(9)計算得到所述裝置輸出電壓V。的參考電壓信號Vref。，即移 相過程的起始參考電壓信號，并據(jù)此生成對變流器組Va的控制信號Cva，同時協(xié)調(diào)控制信號 Cvb使變流器組Va和Vb共用的直流側(cè)電容電壓維持穩(wěn)定。經(jīng)所述變流器組Va輸出電壓V。 和所述串聯(lián)變壓器11、12的副邊繞組電壓Vt的串聯(lián)合成，在中性段產(chǎn)生的合成電壓A6與 牽引供電臂14電壓Va的幅值和相位完全相同。
主控制器13根據(jù)得到的參考信號vMf。，計算所述參考信號vref。的有效值Votsq并 進(jìn)行存儲，以此作為移相起始電壓的有效值。
3-4)預(yù)先計算變壓變頻移相程序中參考電壓采用的頻率f\。令牽引供電系統(tǒng)頻 率為fo，預(yù)設(shè)本裝置完成對中性段電壓V16移相的時間為ΤΔ(ΤΔ為工頻周期的1 倍，1 通常 取正整數(shù)，且滿足1 = ΤΔ · \)。令中性段合成電壓V16從ts時刻經(jīng)過ΤΔ時間后在te時刻 完成從牽引供電臂14的電壓Va到牽引供電臂15的電壓V0的相移過程，(其中ts時刻是 指變流器組Va的輸出電壓V。在主控制器13接收到位置傳感器8發(fā)送的位置信號W8后的 首次電壓過零的時刻，且滿足te-ts = ΤΔ)在此期間變流器組Va輸出電壓V。的總相移角為 θ α0，則可由下式計算
7、./。供j ,(10)
式(10)中，“ + ”號表示中性段電壓實現(xiàn)滯后移相，“_”表示中性段電壓實現(xiàn)超前移 相。當(dāng)機車從電壓相位超前的牽引供電臂經(jīng)中性段向電壓相位滯后的牽引供電臂行駛時， 公式(10)中用“ + ”號，反之用“_”號。根據(jù)圖16(a)、(b)可知，所述裝置無論應(yīng)用于平衡 接線牽引變壓器還是應(yīng)用于非平衡接線牽引變壓器，輸出電壓V?？傄葡嘟蔷鶟M足θ α0 = 士 180°。
3-5)主控制器13啟動變壓變頻移相流程，控制中性段合成電壓V16開始移相。當(dāng) 主控制器13檢測到位置傳感器8發(fā)送的位置信號W8時，表明機車已經(jīng)完全通過絕緣錨段 關(guān)節(jié)MDa，進(jìn)入中性段16 (中性段長度應(yīng)根據(jù)電力機車長度合理設(shè)定)。如圖16所示，主控 制器13以ts時刻為參考電壓信號vref。的零起始相位，以作為vref。的參考頻率，并按照 每個移相周期的移相角度，計算該周期移相輸出電壓的有效值Vorms,繼而生成所述移相輸 出電壓V。的參考信號vMf。。最終使所述中性段合成電壓V16相對牽引供電臂14的電壓Va 逐步產(chǎn)生移相。至、時刻輸出電壓V。的累計移相角達(dá)到180°，中性段16的合成電壓V16 與牽引供電臂15的電壓V0實現(xiàn)同幅值、同相位。所述中性段合成電壓V16移相的程序流程如圖17所示，其具體實施方式
為
3-5.1)根據(jù)公式(10)求解出頻率，令主控制器13定時計算的頻率為f2，兩者 應(yīng)滿足以下關(guān)系
f2 = ki · fi(11)
式(11)中Ic1通常為大于100以上的正整數(shù)。
3-5. 2)根據(jù)式(10)和(11)，主控制器13生成具有Ic1個點的(對應(yīng)于f2頻率的 1個完整周期)正弦波表，并以此表作為輸出電壓參考信號vref。的標(biāo)么化計算參考W如 圖18為根據(jù)所述正弦波表(選擇Ic1 = 128個點)得到的電壓信號vMf。的標(biāo)么化計算參考 V的波形，圖中每個點的橫坐標(biāo)依次為對應(yīng)于0到ki的共計1 個正整數(shù)，縱坐標(biāo)即為每 個正整數(shù)計數(shù)點對應(yīng)的標(biāo)么化計算參考νΛ
3-5. 3)主控制器13生成2個相位計數(shù)器Ctl和Ct2，計數(shù)器Ctl按照頻率f2從0開 始定時累加1。在ts時刻，主控制器13進(jìn)行初始相位鎖定，即在該時刻對相位計數(shù)器Ctl和 Ct2清零，并使Ctl開始以頻率f2定時累加計數(shù)。當(dāng)相位計數(shù)器Ctl累加到k「l時，則對計數(shù) 器Ctl再次清零(表明在此期間正好經(jīng)過了以為頻率的1個正弦整周期)，同時對計數(shù)器 Ct2累加1，如此反復(fù)循環(huán)。每當(dāng)計數(shù)器Ct2累加1，主控制器13就對移相角增加Δ θ角度 (Δ θ是指每經(jīng)過一個移相周波，參考電壓vref。相對移相起始電壓的相角移動值)，并根據(jù) 累計相位角θ計算所述參考電壓信號vMf。在每個移相周期對應(yīng)的有效值￥。_。所述Δ θ 計算方法為
A/1 , 180°Δ 沒(12)
當(dāng)機車從電壓相位超前的牽引供電臂經(jīng)中性段向電壓相位滯后的牽引供電臂行 駛時，公式(12)中用“_”號，反之用“ + ”號。當(dāng)機車從電壓相位超前的牽引供電臂開來時， 初始移相角Θ。為180°，當(dāng)機車從電壓相位滯后的牽引供電臂開來時，初始移相角90為0°。
在計數(shù)器Ctl和Ct2循環(huán)期間，根據(jù)累計相移角θ，主控制器13計算移相的參考電 壓信號Vref。在每個移相周波對應(yīng)的電壓有效值Vrais (令Ct2當(dāng)前計數(shù)值為i，則累計移相角 θ = ΧΔ θ)0其計算方法為
當(dāng)所述裝置應(yīng)用于以V/V接線型為代表的非平衡牽引變壓器電分相時，在移相期 間與所述參考電壓信號vMf。對應(yīng)的有效值Vots可根據(jù)下式計算
=( Vl+ 3 sinM-V^sin 卟廠_0(13)
當(dāng)所述裝置應(yīng)用于以SCOTT接線型為代表的平衡牽引變壓器電分相時，在移相期 間與所述參考電壓信號V&。對應(yīng)的有效值Vots可根據(jù)下式計算
Vorms = (Vl + sin2^ - sin θ^ · Vorms0(14)
根據(jù)式(13)，所述裝置應(yīng)用于以V/V接線型為代表的非平衡牽引變壓器電分相 時，在移相期間和所述參考電壓信號V&。對應(yīng)的有效值Vots與累計移相角θ的函數(shù)關(guān)系如圖19所示。根據(jù)式(14)，所述裝置應(yīng)用于以SCOTT接線型為代表的平衡牽引變壓器電分 相時，在移相期間和所述參考電壓信號vMf。對應(yīng)的有效值Vmis與累計移相角θ的函數(shù)關(guān) 系如圖20所示。圖19和圖20中橫坐標(biāo)單位為角度，對應(yīng)于50個移相周波Gc2 = 50)，每 個移相周波移相角Δ θ =3.6°，縱坐標(biāo)為V。ms/V。msQ。
3-5. 4)在計數(shù)器Ctl循環(huán)累加期間，主控制器13根據(jù)相位計數(shù)器Ctl的計數(shù)值，進(jìn) 入正弦波表查表得到參考電壓信號vref。所需每個計數(shù)值相對應(yīng)的標(biāo)么化計算參考νΛ據(jù) 此主控制器13生成所述輸出移相參考電壓VMf。，其計算公式如下
Vrefo = V0rmsXV0*(15)
3-6)當(dāng)計數(shù)器Ct2在te時刻計數(shù)值達(dá)到1 時，表明移相參考電壓信號\ei0的相位 已經(jīng)移動到目標(biāo)值θα0。主控制器13采集電氣量傳感器6的電壓采集信號V6 (ν6即為牽 引供電臂15的電壓V0的采集信號)，采集電氣量傳感器5的采樣信號e5和電氣量傳感器 17的采集信號e17。將其中的電壓采樣信號V5和電壓采樣信號V17相減，根據(jù)式(8)計算得 到電壓Vt的檢測信號Vt，然后將電壓采集信號V6與Vt相減，所得即作為所述變流器組Va輸 出電壓V。的參考信號vMf。，計算方法如式(16)所示
Vrefo = V6-Vt(16)
主控制器13在、時刻將由式(16)計算所得作為變流器組Va的輸出電壓參考信 號vMf。，并生成對變流器組Va的控制信號Cva，同時協(xié)調(diào)控制信號Cvb使變流器組Va和Vb共 用的直流側(cè)電容電壓維持穩(wěn)定。則經(jīng)所述變流器組Va輸出電壓V。和所述串聯(lián)變壓器11、12 的副邊繞組電壓Vt在中性段串聯(lián)合成的電壓Vni與牽引供電臂15電壓V0的幅值和相位完 全相同。實現(xiàn)所述裝置對中性段移相目標(biāo)電壓的鎖定；
4)當(dāng)主控制器13檢測到位置傳感器9或7發(fā)送的位置信號W9或W7時，表明電力 機車已完全通過中性段16，經(jīng)過絕緣錨段關(guān)節(jié)駛?cè)霠恳╇姳?5或14 ；主控制器13控制 所述裝置結(jié)束電分相無斷電柔性過分相模式；主控制器13將全部控制脈沖信號Cva，Cvb閉 鎖，使所述裝置處于待機狀態(tài)，隨即發(fā)出控制信號C2令可控投切開關(guān)2閉合，之后啟動所述 裝置進(jìn)入對牽弓I變電站電能質(zhì)量綜合補償模式。
本發(fā)明在實際應(yīng)用中，以本裝置應(yīng)用于V/V接線型非平衡變壓器電分相為實施例 1。為實現(xiàn)上述方法，令通過該電分相的單臺高速電力機車最大額定牽引功率St = 20Mvar, 所述裝置接入牽引供電臂電壓等級為27. 5kV，而當(dāng)電力機車在中性段16區(qū)間運行時，機車 的全部牽引功率由所述裝置中的兩相“背靠背”式變流器3和單相降壓變壓器11和12共 同提供。本實施例中兩相“背靠背”式變流器3采用如圖6所示結(jié)構(gòu)。根據(jù)式(5)，帶有中 間抽頭的單相減壓變壓器10額定功率容量Sltl = IOMvar,根據(jù)式(3)，其原邊繞組^52與Np 匝數(shù)之比為1/2，原副邊電壓變比為27. 5kV/13. 75kV ；根據(jù)式(7)，單相降壓變壓器11和12 的額定功率容量S11和S12均為lOMvar，原副邊電壓變比為27. 5kV/13. 75kV ；單相多重化變 壓器組Tb的額定功率容量為lOMvar。
實施例1中，變流器組Va和Vb的設(shè)計額定功率容量均為lOMvar，采用 3300V/1400AIGBT組成的2電平H橋電壓源變流器Vp其直流側(cè)電壓平均值可取2000V 左右，每個H橋電壓源變流器額定容量為0. 83Mvar, η = 12。如圖6所示，兩側(cè)變流器組 Va和Vb各有12組電容器，分別通過共用直流側(cè)連接構(gòu)成12組相互獨立的“背靠背”式 變流器。所述串聯(lián)多重化變壓器組Tb每臺串聯(lián)多重化變壓器組由共計3臺相同規(guī)格的Tr構(gòu)成，每臺多繞組變壓器 ；選用副邊為4繞組的分裂式接法，原邊/副邊電壓變比為 7.6 l(9.2kV/1.2kV)，每臺 ；變壓器額定功率容量選擇為3.3Mvar。實施例選用可控投 切開關(guān)2耐壓等級應(yīng)高于30kV，額定電流大于800A，無需帶載分?jǐn)嗄芰Α?br> 電分相中性段兩側(cè)供電臂電SVa與乂0之間的相位差θ為60°角，本裝置對中性 段合成電壓A6的變壓變頻移相過程的相量分析見圖16(a)。如圖16所示，牽引供電臂14的 電壓Va與牽引供電臂15的電壓V0有效值均為27. 5kV，單相降壓變壓器11副邊繞組端口 電壓VTa有效值為13. 75kV，單相降壓變壓器12副邊繞組端口電壓Vt0有效值為13. 75kV, 由單相降壓變壓器11和12串聯(lián)后副邊繞組端口 和b4之間的電壓Vt有效值為23. SkV0 本裝置對中性段生成的合成電壓V16是由串聯(lián)變壓器電壓Vt和變流器組Va的輸出電壓Vo 這2部分電壓合成得到，其中輸出電壓V。在ts時刻起經(jīng)AT時間在、時刻形成180°的相 位滯后，相應(yīng)地，中性段合成電壓V16在該期間產(chǎn)生60角度的滯后，從Va沿虛線軌跡移相到 V”
設(shè)定中性段距離為300m，滿足高速電力機車以300km/h的速度全速通過電分相區(qū) 間時，對應(yīng)通過電分相時間為3. 6s。θ a0 = 180°，令ΤΔ = ls，由式(可得實現(xiàn)滯后移相 fi = 49. 5Hz，實現(xiàn)超前移相 fi = 50. 5Hz。
本發(fā)明在實際應(yīng)用中，以本裝置應(yīng)用于SCOTT接線型平衡變壓器的牽引電分相為 實施例2。為實現(xiàn)上述方法，令通過該電分相的單臺高速電力機車最大額定牽引功率St = 20Mvar，所述裝置接入牽引供電臂電壓等級為27. 5kV，實施例2中兩相“背靠背”式變流 器3采用如圖7所示結(jié)構(gòu)。根據(jù)式(5)，帶有中間抽頭的單相減壓變壓器10額定功率容 量Sltl = 14. 2Mvar,根據(jù)式(4)，其原邊繞組^52與Np匝數(shù)之比ku ^ 0. 707，原副邊電壓變 比為27. 5kV/27. 5kV ；根據(jù)式(7)，單相降壓變壓器11和12的額定功率容量S11和S12均為 lOMvar，原副邊電壓變比為27. 5kV/13. 75kV。
實施例2中，變流器組Va和Vb的設(shè)計額定功率容量均為14.2Mvar，采用 3300V/1000AIGBT組成的2電平H橋電壓源變流器V,，其直流側(cè)電壓平均值可取2000V左 右，每個H橋電壓源變流器額定容量為0. 60Mvar,n = 25。如圖7所示，兩側(cè)變流器組Va和 Vb各有25組電容器，分別通過共用直流側(cè)連接構(gòu)成25組相互獨立的“背靠背”式變流器。 變流器組Vb引出端ζ和w直接接入牽引供電臂15。實施例選用可控投切開關(guān)2耐壓等級 應(yīng)高于30kV，額定電流大于800A，無需帶載分?jǐn)嗄芰Α?br> 實施例2中，電分相中性段兩側(cè)供電臂電壓Va與V0之間的相位差θ為90°角， 本裝置對中性段合成電壓V16的變壓變頻移相過程的相量分析見圖16(b)。如圖16所示， 牽引供電臂14的電壓Va與牽引供電臂15的電壓V0有效值均為27. 5kV，單相降壓變壓器 11副邊繞組端口電壓VTa有效值為13. 75kV，單相降壓變壓器12副邊繞組端口電壓Vt0有 效值為13. 75kV，由單相降壓變壓器11和12串聯(lián)后副邊繞組端口 和b4之間的電壓Vt有 效值為23. SkV0本裝置對中性段生成的合成電壓Vni是由串聯(lián)變壓器電壓Vt和變流器組Va 的輸出電壓V。這2部分電壓合成得到，其中輸出電壓V。在ts時刻起經(jīng)△ T時間在、時刻 形成180°的相位滯后，相應(yīng)地，中性段合成電壓Vni在該期間產(chǎn)生90°的滯后，從Va沿虛 線軌跡移相到V0。
設(shè)定中性段距離為300m，滿足高速電力機車以300km/h的速度全速通過電分相區(qū) 間時，對應(yīng)通過電分相時間為3. 6s。θ a0 = 180°，令ΤΔ = ls，由式(可得實現(xiàn)滯后移相fi = 49. 5Hz，實現(xiàn)超前移相 fi = 50. 5Hz。
權(quán)利要求
1.一種電力機車無斷電過分相-電能質(zhì)量綜合補償裝置，該裝置包括共用直流側(cè)電容 器的兩相“背靠背”式變流器，三個位置傳感器，其特征在于，該裝置還包括由開關(guān)BKa、BKm、 BKb組成的斷路器開關(guān)，可控投切開關(guān)，四個電氣量傳感器，原邊繞組帶有中間抽頭的單相 降壓變壓器，兩個單相降壓變壓器和主控制器；其中，所述兩相“背靠背”式變流器的左側(cè)上 方輸出端子與原邊帶有中間抽頭的單相降壓變壓器副邊繞組上端子相連接，兩相“背靠背” 式變流器的左側(cè)下方輸出端子與原邊帶有中間抽頭的單相降壓變壓器副邊繞組下端子相 連接；所述帶有原邊帶有中間抽頭的變壓器的原邊繞組上端子與可控投切開關(guān)的下端口相 連接，可控投切開關(guān)的上端口與開關(guān)BKa的下端口串聯(lián)，開關(guān)BKa的上端口為輸出端子1 ；所 述原邊繞組帶有中間抽頭的單相降壓變壓器的原邊繞組中間抽頭端子與第二單相降壓變 壓器的副邊繞組下端口相連接，第二單相降壓變壓器的副邊繞組上端口與第一單相降壓變 壓器的副邊繞組下端口相連接；第一單相降壓變壓器的副邊繞組上端口與開關(guān)BKm的下端 口串聯(lián)，開關(guān)BKm的上端口為輸出端子m ；所述兩相“背靠背”式變流器的右側(cè)上輸出端子與 開關(guān)BKb的下端口串聯(lián)，開關(guān)BKb的上端口為輸出端子r ；所述第一單相降壓變壓器的原邊 繞組上端子與可控投切開關(guān)的上端口相連接，所述第二單相降壓變壓器的原邊繞組上端子 與斷路器開關(guān)1的BKb的下端口相連接；第一電氣量傳感器安裝在開關(guān)BKa下端口 ；第二電氣量傳感器安裝在開關(guān)BKm下端口 ； 第三電氣量傳感器安裝在開關(guān)BKb下端口 ；第四電氣量傳感器安裝在第二單相降壓變壓器 的副邊繞組下端口 ；第一位置傳感器、第二位置傳感器分別安裝在電分相兩側(cè)的牽引供電 臂下方地面，第三位置傳感器安裝在電分相中性段中間位置的下方地面。當(dāng)所述三個位置 傳感器檢測到電力機車達(dá)到所在位置時，分別向所述主控制器發(fā)送位置信號；所述主控制器具有7個信號輸入端口和4個信號輸出端口 ；主控制器的7個信號輸入 端口均采用信號線分別與各電氣量傳感器和位置傳感器相連接；主控制器的4個信號輸出 端口均采用信號線分別與斷路器開關(guān)，可控投切開關(guān)，變流器組Va和Vb的控制信號端口相 連接；所述的主控制器實時檢測來自各電氣量傳感器的電氣信號以及來自各位置傳感器位 置信號；主控制器產(chǎn)生對所述兩相“背靠背”式變流器的控制信號，對可控投切開關(guān)的投 切控制信號和斷路器開關(guān)的閉合/關(guān)斷控制信號；當(dāng)電力機車通過電分相時，使可控投切 開關(guān)斷開，所述裝置工作在無斷電過分相模式，通過變壓變頻移相技術(shù)對中性段電壓進(jìn)行 幅值和相位控制，實現(xiàn)電力機車無斷電帶載通過分相；當(dāng)無機車通過時，使可控投切開關(guān) 閉合，所述裝置工作在電能質(zhì)量綜合補償模式，實現(xiàn)有功功率轉(zhuǎn)移、無功功率補償和諧波補 償，以解決牽引變電站存在的三相電壓不平衡和電壓波動波動，功率因數(shù)低下以及諧波污 染等問題。
2.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述共用直流側(cè)電容器的兩相“背靠背”式變 流器，由共用直流側(cè)電容器組的2臺“背靠背”式連接單相電壓源變流器組，與右邊一臺單 相電壓源變流器組交流側(cè)相連接的1臺單相多重化變壓器組構(gòu)成；所述2臺“背靠背”連 接的單相電壓源變流器組均由η個相同的單相電壓源變流器構(gòu)成，η為正整數(shù)，且η滿足 10< η < 70 ；直流側(cè)電容器組各由η個相同的直流側(cè)電容器組成，左邊單相電壓源變流器 組中第i個單相電壓源變流器的直流側(cè)電容器與右邊單相電壓源變流器組中第i個單相電 壓源變流器的直流側(cè)電容器按照正、負(fù)極性相互并聯(lián)，n，共同構(gòu)成共計η組“背靠背”式變流器中的第i組“背靠背”連接的單相電壓源變流器，各組“背靠背”連接的單相電 壓源變流器的直流側(cè)電容器相互之間獨立，電氣保持隔離；其中，左邊單相電壓源變流器組中第i個單相電壓源變流器的兩個橋臂的中點分別與 相鄰的第i_l和i+Ι個單相電壓源變流器的橋臂中點依次串聯(lián)，同時將第一個單相電壓源 變流器的1個橋臂中點和第η個單相電壓源變流器的1個橋臂中點分別引出作為左邊單相 電壓源變流器組的2個輸出端子；在右邊單相電壓源變流器組中，第i個單相電壓源變流器 的兩個橋臂中點分別與單相多重化變壓器組副邊的第i繞組兩端口連接，并通過所述多重 化變壓器組的多重化連接將該側(cè)η個單相電壓源變流器構(gòu)成右邊單相電壓源變流器組；該 多重化變壓器組原邊繞組2端子分別作為所述兩相“背靠背”式變流器的右側(cè)輸出端子。
3.如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，所述共用直流側(cè)電容器的兩相“背靠背”式變 流器中的單相多重化變壓器組由m個單相多繞組變壓器組通過多重化連接構(gòu)成，m滿足η = mXj，單相多重化變壓器組采用單相串聯(lián)多重化變壓器組結(jié)構(gòu)，或采用單相并聯(lián)多重化 變壓器組結(jié)構(gòu)，用以實現(xiàn)構(gòu)成單相變流器組Vb中η個單相電壓源變流器t的多重化連接和 電氣隔離功能。
4.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述共用直流側(cè)電容器的兩相“背靠背”式變 流器，由共用直流側(cè)電容器組的2臺“背靠背”式連接單相電壓源變流器組構(gòu)成；所述2臺“背靠背”連接的單相電壓源變流器組均由η個相同的單相電壓源變流器構(gòu) 成，η為正整數(shù)，且η滿足10 < η < 70 ；直流側(cè)電容器組各由η個相同的直流側(cè)電容器組成， 左邊單相電壓源變流器組中第i個單相電壓源變流器的直流側(cè)電容器與右邊單相電壓源 變流器組中第i個單相電壓源變流器的直流側(cè)電容器按照正、負(fù)極性相互并聯(lián)，l^i^n, 共同構(gòu)成共計η組“背靠背”式變流器中的第i組“背靠背”連接的單相電壓源變流器，各 組“背靠背”連接的單相電壓源變流器的直流側(cè)電容器相互之間獨立，電氣保持隔離；其中，左、右單相電壓源變流器組均是由η個單相電壓源變流器構(gòu)成的η電平鏈?zhǔn)阶?流器組，所述單相電壓源變流器組中任一個單相電壓源變流器的兩個橋臂的中點均與相鄰 的第i_l和i+Ι個電壓源變流器的橋臂中點依次串聯(lián)，其中，右邊單相電壓源變流器組中第 1個單相電壓源變流器的1個橋臂中點和第η個單相電壓源變流器的1個橋臂中點分別引 出，作為右邊單相電壓源變流器組的2個輸出端子；左邊單相電壓源變流器組中第1個電壓 源變流器的1個橋臂中點與第一連接電抗器相串聯(lián)，第η個電壓源變流器的橋臂中點與第 二連接電抗器相串聯(lián)；第一、第二連接電抗器的右側(cè)端口分別作為所述兩相“背靠背”式變 流器的2個輸出端子。
5.一種采用如權(quán)利要求1所述裝置的實現(xiàn)電力機車無斷電過分相及牽引變電站電能 質(zhì)量綜合補償?shù)姆椒?，該方法包括以下步驟1)所述裝置準(zhǔn)備投入運行之前，主控制器使裝置處于待機狀態(tài)，然后發(fā)送控制信號，使 斷路器開關(guān)的開關(guān)BKa、BKb, BKb全部閉合，該裝置并網(wǎng)；2)主控制器實時監(jiān)測各測量信號，當(dāng)主控制器未接收到三個位置傳感器發(fā)送的位置信 號時，表明當(dāng)前沒有電力機車通過牽引變電站電分相，則控制所述裝置進(jìn)入并運行在對牽 引變電站電能質(zhì)量的綜合補償模式；3)當(dāng)主控制器接收到來自第一位置傳感器或第二位置傳感器發(fā)送的位置信號時，表明 當(dāng)前有電力機車即將通過牽引變電站電分相，主控制器控制所述裝置退出電能質(zhì)量綜合補償模式，進(jìn)入并運行在機車無斷電自動過分相模式；4)當(dāng)主控制器檢測到第二或第一位置傳感器發(fā)送的位置信號時，表明電力機車已完全 通過中性段，經(jīng)過絕緣錨段關(guān)節(jié)駛?cè)氲诙虻谝粻恳╇姳郏骺刂破骺刂扑鲅b置結(jié)束 電分相無斷電柔性過分相模式；并將全部控制脈沖信號閉鎖，使所述裝置處于待機狀態(tài)，隨 即發(fā)出控制信號令可控投切開關(guān)閉合，之后啟動所述裝置進(jìn)入并運行在對牽引變電站電能 質(zhì)量綜合補償模式。
6.如權(quán)利要求5所述方法，其特征在于，所述步驟2)主控制器控制所述裝置進(jìn)入并運 行在對牽引變電站電能質(zhì)量的綜合補償模式的具體步驟如下2-1)主控制器發(fā)送控制信號使可控投切開關(guān)閉合；此后，主控制器實時檢測第一、第 三電氣量傳感器接收的電氣量信號，并實時計算兩牽引供電臂的負(fù)荷有功功率和無功功 率，并分解出負(fù)荷電流中的諧波電流成分；2-2)主控制器通過控制信號使所述裝置在兩牽引供電臂之間轉(zhuǎn)移有功功率，以平衡兩 側(cè)供電臂有功功率，并分別補償兩供電臂的無功功率和諧波電流，從而實現(xiàn)對牽引變電站 電能質(zhì)量的綜合補償。
7.如權(quán)利要求5所述方法，其特征在于，所述步驟3)主控制器控制所述進(jìn)入并運行在 機車無斷電自動過分相模式具體步驟如下3-1)當(dāng)所述裝置進(jìn)入機車無斷電自動過分相模式，主控制器首先使發(fā)明裝置處于待機 狀態(tài)，3-2)判斷機車來車方向若主控制器檢測到第一位置傳感器發(fā)送的信號，表明機車從 左邊牽引供電臂方向開來，將從左側(cè)首先通過絕緣錨段關(guān)節(jié)；若檢測到第二位置傳感器發(fā) 送的信號，表明機車從右邊牽引供電臂方向開來，將從右側(cè)首先通過絕緣錨段關(guān)節(jié)；3-3)主控制器發(fā)出控制信號控制可控投切開關(guān)斷開，根據(jù)已經(jīng)判定的機車過分相方 向，主控制器對移相起始電壓進(jìn)行鎖定；當(dāng)機車從左邊牽引供電臂方向開過來時主控制器在確認(rèn)機車來車方向后，采集第一、 第二和第四電氣量傳感器的采樣信號，根據(jù)計算得到的移相起始電壓，生成對左邊變流器 組的控制信號，并協(xié)調(diào)右邊變流器組的控制信號使兩邊變流器組共用的直流側(cè)電容電壓維 持穩(wěn)定；經(jīng)所述左邊變流器組輸出電壓和所述兩個串聯(lián)的單相降壓變壓器的副邊繞組電壓 的串聯(lián)合成，在中性段產(chǎn)生的合成電壓與左邊牽引供電臂電壓的幅值和相位完全相同；3-4)主控制器根據(jù)預(yù)先計算變壓變頻移相程序中參考電壓采用的頻率及牽引供電系 統(tǒng)頻率，預(yù)設(shè)本裝置完成對中性段電壓移相的時間；3-5)主控制器啟動變壓變頻移相流程，控制中性段合成電壓開始移相；當(dāng)主控制器檢 測到第三位置傳感器發(fā)送的位置信號時，表明機車已經(jīng)完全通過左絕緣錨段關(guān)節(jié)，進(jìn)入中 性段；主控制器按照每個移相周期的移相角度，計算該周期移相輸出電壓的有效值，繼而生 成所述移相輸出電壓的參考信號；最終使所述中性段合成電壓相對左邊牽引供電臂的電壓 逐步移相，移相輸出電壓的移相角達(dá)180°，相應(yīng)中性段的合成電壓與右牽引供電臂的電壓 實現(xiàn)同幅值、同相位；3-6)當(dāng)移相參考電壓的相位已經(jīng)移相到目標(biāo)值，主控制器采集第三電氣量傳感器的電 壓采集信號，采集第二電氣量傳感器的采樣信號和第四電氣量傳感器的采集信號；得到左 邊變流器組輸出電壓的參考信號，主控制器將此參考信號作為對左變流器組的輸出電壓參考，生成對左變流器組的控制信號，并協(xié)調(diào)右變流器組的控制信號使兩邊變流器組共用的 直流側(cè)電容電壓維持穩(wěn)定；實現(xiàn)所述裝置對中性段移相目標(biāo)電壓的鎖定。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力機車無斷電過分相-電能質(zhì)量綜合補償裝置及其方法。屬于鐵路運輸設(shè)備和電力電子技術(shù)領(lǐng)域，該裝置包括可控投切開關(guān)，單相降壓變壓器，帶有中間抽頭的單相降壓變壓器，共用直流側(cè)電容的兩相“背靠背”式變流器，斷路器開關(guān)，四個位置傳感器和三個電氣量傳感器。該方法為當(dāng)電力機車通過電分相時，可控投切開關(guān)斷開，裝置工作在無斷電過分相模式，對中性段電壓進(jìn)行幅值和相位控制，實現(xiàn)電力機車無斷電帶載通過分相。當(dāng)無機車通過時，可控投切開關(guān)閉合，所述裝置工作在電能質(zhì)量綜合補償模式，具有的有功功率轉(zhuǎn)移、無功功率補償和諧波補償功能，本裝置可在已有的牽引供電模式下全面解決牽引變電站和電分相的電能質(zhì)量問題。
文檔編號H02J3/18GK102035212SQ20101059723
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者姜齊榮, 洪蘆誠, 魏應(yīng)冬 申請人:清華大學(xué)