專利名稱：一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電能質(zhì)量治理裝置的控制方法，具體涉及一種應(yīng)用于電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的基于SCOTT (斯科特)變壓器供電的電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置的控制方法。
背景技術(shù)：
近年來我國電氣化鐵路發(fā)展十分迅速，具有運(yùn)載能力強(qiáng)、行車速度快、節(jié)約能源高、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，為國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展起到了舉足輕重的作用。然而由于電力機(jī)車為大功率單相負(fù)荷，具有非線性、不對稱性和波動性等特點(diǎn)，在運(yùn)行過程中產(chǎn)生大量的負(fù)序、無功和諧波電流注入電網(wǎng)，使電網(wǎng)電壓波動畸變、三相不平衡、功率因數(shù)低等問題。對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響。為減少電氣化鐵路對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，目前國內(nèi)外采用了多種方式來進(jìn)行解·決。在現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中與本專利申請相關(guān)的內(nèi)容主要有以下文獻(xiàn)文獻(xiàn)一為清華大學(xué)于2003年11月28日申請，并于2004年11月10日公開，公開號為CN1545183A的中國發(fā)明專利申請《牽引變電所電能質(zhì)量控制器》。該發(fā)明由一臺三相變流器和一臺斯科特(SCOTT)變壓器構(gòu)成，牽引變壓器輸出的兩個正交單相電源與SCOTT變壓器的兩個單相輸出端相連接，三相變流器與SCOTT變壓器的三相輸出端相串聯(lián)，其電能三相變流器是一個直流母線上并聯(lián)有電容的逆變器。該系統(tǒng)包含的斯科特(SCOTT)變壓器僅作為隔離變壓器連接三相變流器至牽引變電所形成的兩相電路中，其不足之處在于輸出端一相接地的三相逆變器，可認(rèn)為是一個不平衡的三相負(fù)載，會引起逆變器輸出電壓的基波畸變；三相逆變器要實(shí)現(xiàn)有功功率的一相到另一相的轉(zhuǎn)移比較困難。文獻(xiàn)二為東南大學(xué)于2010年09月06日申請，并于2010年12月15日公布，公布號為CN101917011A的中國發(fā)明專利申請《用于電鐵牽引供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量綜合控制方法及裝置》。該發(fā)明包括由一個3次濾波器和一個二階高通濾波器構(gòu)成的無源濾波器和一組帶儲能電池組的電壓源型變流裝置。該專利的缺點(diǎn)是裝置均由不可調(diào)的電容和電感組成，發(fā)出的無功是一常量，因此無法對牽引負(fù)荷進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，易形成過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償，反而使得牽引變電所功率因數(shù)降低，惡化牽引網(wǎng)的運(yùn)行電壓。文獻(xiàn)三為江蘇省電力試驗(yàn)研究院有限公司于2011年03月21日申請，并于2011年07月06日公布，公布號為CN102118027A的中國發(fā)明專利申請《電氣化鐵路的電能質(zhì)量控制補(bǔ)償裝置》。該發(fā)明包括一個由二階高通濾波器構(gòu)成的無源濾波器和一組電壓源型變流裝置。該方案雖可以補(bǔ)償電鐵供電系統(tǒng)功率因數(shù)，并有效控制諧波、三相不平衡等電能質(zhì)量問題。但是它把牽引變電所的兩個供電臂分開對待，忽略了兩供電臂之間的相互影響，如使用動態(tài)響應(yīng)很快的有源設(shè)備，有可能會使系統(tǒng)不穩(wěn)定，不易使兩臂達(dá)到負(fù)載平衡狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法，該控制方法能夠有效實(shí)現(xiàn)電氣化鐵路負(fù)序、諧波和無功的綜合治理，適當(dāng)降低有源容量，達(dá)到改善治理效果和降低成本的目的。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法，包括以下步驟 在單相多繞組變壓器的副邊設(shè)置鐵路功率調(diào)節(jié)器和晶閘管控制濾波器；在鐵路功率調(diào)節(jié)器設(shè)置兩個以上共用直流側(cè)電容形成背靠背結(jié)構(gòu)形式的相互并聯(lián)的變流器，兩個變流器的交流輸出端均通過連接電抗器和單相多繞組變壓器連接至M相供電座和T相供電座；在兩個單相多繞組變壓器副邊的一個繞組分別設(shè)置兩組以上相互并聯(lián)的晶閘管控制濾波器，在晶閘管控制濾波器設(shè)置兩組以上相互并聯(lián)的濾波支路；鐵路功率調(diào)節(jié)器平衡M相供電座和T相供電座之間的有功功率；晶閘管控制濾波器分別對其所在M相供電臂或T相供電臂的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償和濾除諧波。作為本發(fā)明一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，通過相應(yīng)的檢測和控制，在M相供電臂和T相供電臂分別產(chǎn)生電流|-和}#，分別與M相負(fù)載電流}#和T相負(fù)載電流U目加后得到電流}，使得IM=IT，Im和It分別為的模，電流^和^的相位與M相供電座和T相供電座的電壓相位保持一致，以消除負(fù)序。作為本發(fā)明一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在M相供電座和T相供電座中，其中一個為重載座，另一個為輕載座。鐵路功率調(diào)節(jié)器將M相負(fù)載和T相負(fù)載的有功電流差值的一半從重載座轉(zhuǎn)移至輕載座。作為本發(fā)明一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，晶閘管控制濾波器根據(jù)各自供電臂的負(fù)載感性無功功率電流大小，通過投入不同組合的濾波支路提供相應(yīng)的容性無功電流，從而補(bǔ)償負(fù)載產(chǎn)生的感性無功電流。作為本發(fā)明一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，將晶閘管控制濾波器設(shè)置為三次濾波支路，濾除負(fù)載產(chǎn)生的大部分諧波。作為本發(fā)明一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置通過檢測和控制，在M相供電臂和T相供電臂產(chǎn)生相位超前的電流，通過與M相供電臂或T相供電臂的負(fù)載電流相加，使M相供電座和T相供電座的電流有效值、功率因數(shù)角相等，從而消除負(fù)序。作為本發(fā)明一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，鐵路功率調(diào)節(jié)器的變流器的最大輸出電流為Ipmax/n根據(jù)以下公式進(jìn)行計算
/j =pmax^3Q?！?(I pT max — Tpmax Zl 20。)]
Ib = —~UΖ30° f (7 ν ■ — I Zl 20。)]
2V3'

權(quán)利要求
1.一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法，其特征在于，包括以下步驟 在單相多繞組變壓器(5)的副邊設(shè)置鐵路功率調(diào)節(jié)器(I)和晶閘管控制濾波器(2)； 在所述鐵路功率調(diào)節(jié)器(I)設(shè)置兩個以上共用直流側(cè)電容(7)形成背靠背結(jié)構(gòu)形式的相互并聯(lián)的變流器(3)，兩個變流器(3)的交流輸出端均通過連接電抗器(6)和單相多繞組變壓器(5)連接至M相供電座(8)和T相供電座(9)； 在兩個單相多繞組變壓器(5)副邊的一個繞組分別設(shè)置兩組以上相互并聯(lián)的晶閘管控制濾波器(2)，在所述晶閘管控制濾波器(2)設(shè)置兩組以上相互并聯(lián)的濾波支路(4);所述鐵路功率調(diào)節(jié)器(I)平衡M相供電座(8 )和T相供電座(9 )之間的有功功率； 所述晶閘管控制濾波器(2)分別對其所在M相供電臂或T相供電臂的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償和濾除諧波。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法，其特征在于通過相應(yīng)的檢測和控制，在M相供電臂和T相供電臂分別產(chǎn)生電流，分別與M相負(fù)載電流1#和T相負(fù)載電流}^相加后得到電流j吏得IM=IT，Im和It分別為的模，電流hjPh的相位與M相供電座(8)和T相供電座(9)的電壓相位保持一致，以消除負(fù)序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法，其特征在于在M相供電座(8)和T相供電座(9)中，其中一個為重載座，另一個為輕載座，所述鐵路功率調(diào)節(jié)器(I)將M相負(fù)載(10)和T相負(fù)載(11)的有功電流差值的一半從重載座轉(zhuǎn)移至輕載座。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一權(quán)利要求所述的一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法，其特征在于所述晶閘管控制濾波器(2)根據(jù)各自供電臂的負(fù)載感性無功功率電流大小，通過投入不同組合的濾波支路(4)提供相應(yīng)的容性無功電流，從而補(bǔ)償負(fù)載產(chǎn)生的感性無功電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法，其特征在于將所述晶閘管控制濾波器(2)設(shè)置為三次濾波支路，濾除負(fù)載產(chǎn)生的大部分諧波。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至3、5中任一權(quán)利要求所述的一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法，其特征在于電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置通過檢測和控制，在M相供電臂和T相供電臂產(chǎn)生相位超前的電流，通過與M相供電臂或T相供電臂的負(fù)載電流相加，使M相供電座(8)和T相供電座(9)的電流有效值、功率因數(shù)角相等，從而消除負(fù)序。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法，其特征在于，所述鐵路功率調(diào)節(jié)器(I)的變流器(3)的最大輸出電流為Ip max/n根據(jù)以下公式進(jìn)行計算
8.根據(jù)權(quán)利要求I至3、5、7中任一權(quán)利要求所述的一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法，其特征在于所述變流器(3)采用獨(dú)立控制方式，通過檢測計算，控制鐵路功率調(diào)節(jié)器(I)輸出電流與電壓的相角差，將需補(bǔ)償?shù)挠泄Ψ至糠峙涞組相供電座(8)和T相供電座(9)的每個變流器(3)作為補(bǔ)償參考電流I和:L .將直流側(cè)電壓跟蹤誤差經(jīng)PI控 I nm，制器輸出量分別轉(zhuǎn)化為M相供電座(8)和T相供電座(9)有功電流疊加到參考指令1_和^中，得到考慮直流側(cè)電壓控制在內(nèi)的參考指令|_和}-。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法，其特征在于所述晶閘管控制濾波器(2)的補(bǔ)償根據(jù)M相供電座(8)和T相供電座(9)的無功電流大小進(jìn)行投切，晶閘管控制濾波器(2)采用有級補(bǔ)償方式，在不同情況下投入不同的濾波支路(4)支路數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法，其特征在于將所述晶閘管控制濾波器(2)的濾波支路(4)的數(shù)量設(shè)置為3 4條。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電氣化鐵路電能質(zhì)量綜合治理裝置控制方法，在單相多繞組變壓器副邊設(shè)置鐵路功率調(diào)節(jié)器和晶閘管控制濾波器。在鐵路功率調(diào)節(jié)器設(shè)置兩個以上共用直流側(cè)電容形成背靠背結(jié)構(gòu)形式相互并聯(lián)的變流器，變流器交流輸出端通過連接電抗器和變壓器連接至M相和T相供電座。在兩個變壓器副邊的一個繞組分別設(shè)置兩組以上相互并聯(lián)的晶閘管控制濾波器，在晶閘管控制濾波器設(shè)置兩組以上相互并聯(lián)的濾波支路。鐵路功率調(diào)節(jié)器平衡M相和T相供電座之間的有功功率。晶閘管控制濾波器對其所在M相或T相供電臂的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償和濾除諧波。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)電氣化鐵路負(fù)序、諧波和無功的綜合治理，并適當(dāng)降低有源容量，達(dá)到改善治理效果和降低成本的目的。
文檔編號H02J3/01GK102882208SQ201210417779
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月27日
發(fā)明者黃燕艷, 周方圓, 文韜, 王衛(wèi)安, 蔡蔚, 石二磊 申請人:株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司