一種新型的電氣化鐵路電能質(zhì)量治理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種新型的電氣化鐵路電能質(zhì)量治理系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著高速電氣化鐵路成在中國(guó)的大規(guī)模建設(shè)，高速鐵路供電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì) 量的影響也越來(lái)越嚴(yán)重。在高鐵建設(shè)中廣泛使用的V/v型帶濾波繞組的牽引變壓器由于結(jié) 構(gòu)上的不平衡，會(huì)使網(wǎng)側(cè)出現(xiàn)較大的負(fù)序電流，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。其次， 電力機(jī)車運(yùn)行時(shí)帶來(lái)的大量諧波會(huì)通過(guò)帶濾波繞組的牽引變壓器流入電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污 染。此外，雖然現(xiàn)在高鐵使用的交-直-交型電力機(jī)車功率因數(shù)很高，但在支線和貨運(yùn)線路還 是使用普通的交-直型電力機(jī)車，因此運(yùn)些線路的牽引站功率因數(shù)低的問題依然存在。
[0003] 目前，對(duì)于負(fù)序的治理，一般是使用Scott型變壓器或平衡變壓器來(lái)解決。但由于 許多線路本身不同方向的機(jī)車負(fù)荷就是不平衡的，在加上機(jī)車編組的隨機(jī)特性，因此該方 法消除負(fù)序的效果并不好，另外運(yùn)類變壓器的制造成本和使用成本也都較高。諧波的治理 常用濾波支路進(jìn)行濾波。運(yùn)種方法雖然能濾除固定次諧波，成本低，但由于電氣化鐵路負(fù)載 變化引起的諧振頻率的變化，會(huì)抑制無(wú)源濾波的效果，甚至產(chǎn)生諧振，影響供電系統(tǒng)穩(wěn)定 性。感應(yīng)濾波技術(shù)通過(guò)對(duì)變壓器中諧波磁勢(shì)的抑制來(lái)達(dá)到濾波效果。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是濾波 支路和牽引臂通過(guò)電磁感應(yīng)方式進(jìn)行濾波，不會(huì)對(duì)電力機(jī)車的整流系統(tǒng)產(chǎn)生影響，但依然 存在無(wú)源濾波支路所存在的問題。鐵路功率調(diào)節(jié)器(railway static power conditioner, RPC)是針對(duì)電氣化鐵路電能質(zhì)量問題的綜合性解決方案。該系統(tǒng)使用兩個(gè)背靠背整流逆變 器將兩個(gè)牽引臂連接起來(lái)，通過(guò)該設(shè)備可W動(dòng)態(tài)均衡兩個(gè)橋臂的有功和無(wú)功，同時(shí)濾除諧 波，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)序、諧波和無(wú)功的綜合治理。但由于現(xiàn)有的電力電子模塊級(jí)聯(lián)方式很難實(shí)現(xiàn) 公共直流母線，兩橋臂間無(wú)法進(jìn)行能量傳遞，因此現(xiàn)有的RPC幾乎都使用了單相變壓器將低 壓的整流逆變器的電流轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏簜?cè)的電流的方案。運(yùn)種方案除了增加制造成本和使用成 本W(wǎng)外，還增大了控制難度，另外變壓器的引入使諧波電流補(bǔ)償?shù)纫箅娏髯兓瘦^快，精 度較高的功能基本很難實(shí)現(xiàn)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 為了在電氣化鐵路牽引系統(tǒng)中綜合解決各種電能質(zhì)量問題，保證電網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量 滿足國(guó)標(biāo)的要求，本實(shí)用新型提出了一種基于模塊化多電平技術(shù)和感應(yīng)濾波技術(shù)的電氣化 鐵路電能質(zhì)量治理系統(tǒng)。
[0005] -種新型的電氣化鐵路電能質(zhì)量治理系統(tǒng)，包括帶濾波繞組的牽引變壓器、感應(yīng) 濾波電路、MMC補(bǔ)償系統(tǒng)、MMC控制器、電壓和電流測(cè)量裝置；
[0006] 所述帶濾波繞組的牽引變壓器包括高壓側(cè)、牽引側(cè)及低壓補(bǔ)償側(cè)，所述帶濾波繞 組的牽引變壓器的高壓側(cè)與電網(wǎng)相連，牽引變壓器的牽引側(cè)與電網(wǎng)牽引臂相連，牽引變壓 器的低壓補(bǔ)償側(cè)與MMC補(bǔ)償系統(tǒng)連接；
[0007]所述MMC補(bǔ)償系統(tǒng)包括兩個(gè)單相MMC牽引臂組，兩個(gè)感應(yīng)濾波電路和兩個(gè)直流側(cè)電 容組;所述感應(yīng)濾波電路與帶濾波繞組的牽引變壓器的低壓補(bǔ)償側(cè)相連，所述單相MMC牽引 臂組的一端與帶濾波繞組的牽引變壓器的低壓補(bǔ)償側(cè)相連，另一端與直流側(cè)電容組相連； [000引每個(gè)單相匪C牽引臂組至少包括1個(gè)MMC牽引臂單元，每個(gè)MMC牽引臂單元至少包括 兩個(gè)并聯(lián)的MMC牽引臂模塊，每個(gè)MMC牽引臂模塊由串聯(lián)的電抗器和MMC牽引臂組成；
[0009] 所述電抗器與所述帶濾波繞組的牽引變壓器的低壓補(bǔ)償側(cè)相連，所述MMC牽引臂 與直流側(cè)電容組中的電容相連后接地；
[0010] 所述電壓和電流現(xiàn)慢裝置與所述帶濾波繞組的牽引變壓器的牽引側(cè)和MMC牽引臂 相連，且所述電壓和電流測(cè)量裝置與所述MMC控制器相連；
[0011] 所述MMC補(bǔ)償系統(tǒng)受控于所述MMC控制器。
[0012] 所述MMC牽引臂包括N個(gè)串聯(lián)的SM模塊，N為大于或等于1的整數(shù)。
[0013] 所述感應(yīng)濾波電路至少包括Ξ組并聯(lián)的LC濾波電路或LCL濾波電路。
[0014] 有益效果
[0015] 1)與平衡變壓器和無(wú)源濾波等單一治理方案相比，該系統(tǒng)能夠?qū)﹄娔苜|(zhì)量進(jìn)行綜 合治理。通過(guò)直流側(cè)調(diào)整帶濾波繞組的牽引變壓器的有功和無(wú)功，解決電網(wǎng)側(cè)負(fù)序問題和 兩牽引臂的電壓波動(dòng)問題，使帶濾波繞組的牽引變壓器的兩個(gè)牽引側(cè)的輸出功率達(dá)到平 衡，同時(shí)還能進(jìn)行諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償，是解決電氣化鐵路電能質(zhì)量問題的綜合性設(shè)備。補(bǔ) 償速度快，特別適合于補(bǔ)償由電力機(jī)車引起的頻率和幅值快速波動(dòng)的無(wú)功和諧波，不會(huì)出 現(xiàn)由于補(bǔ)償頻點(diǎn)變化產(chǎn)生的諧振，保證了系統(tǒng)安全和瞬時(shí)電能質(zhì)量的達(dá)標(biāo)。
[0016] 2)與其他綜合治理裝置不同的是，本系統(tǒng)使用MMC補(bǔ)償系統(tǒng)作為帶濾波繞組的牽 引變壓器的兩個(gè)牽引側(cè)之間有功和無(wú)功交換的渠道。由于MMC系統(tǒng)具有公共直流母線，所W 在模塊級(jí)聯(lián)的方式時(shí)各MMC牽引臂單元之間可W進(jìn)行自由的能量流動(dòng)，因此級(jí)聯(lián)的MMC牽引 臂單元可W直接連接到高電壓等級(jí)的線路上去，運(yùn)是而其他級(jí)聯(lián)方式裝置必須通過(guò)變壓器 才能實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)所不具有的特點(diǎn)，大大提升了成本，運(yùn)也是MMC能夠在電氣化鐵路上應(yīng)用的本 系統(tǒng)主要優(yōu)勢(shì)。
[0017] 3)級(jí)聯(lián)的MMC牽引臂單元通過(guò)濾波繞組直接連接到高電壓等級(jí)的線路上去，本系 統(tǒng)不再需要使用變壓器做轉(zhuǎn)換，運(yùn)種連接方式除了節(jié)省了變壓器的費(fèi)用W外，還能按照實(shí) 際情況對(duì)設(shè)備耐壓等級(jí)和補(bǔ)償側(cè)電流大小進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，從而提高設(shè)備綜合性能。同時(shí)， 由于沒有變壓器的影響，電流變化率可W大大提升，使控制精度大幅提高。
[0018] 4)針對(duì)固定次諧波，本系統(tǒng)使用感應(yīng)濾波技術(shù)進(jìn)行諧波濾除。在濾波繞組中產(chǎn)生 超導(dǎo)閉合回路抑制變壓器中的諧波磁鏈，能在減小網(wǎng)側(cè)諧波含量的同時(shí)減小變壓器的附加 損耗、振動(dòng)和噪音，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性與運(yùn)行效率。由于濾波支路與帶濾波繞組的牽引變壓器 的牽引側(cè)通過(guò)磁禪合，因此系統(tǒng)阻抗不會(huì)對(duì)濾波支路產(chǎn)生影響，濾波支路也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的 正常運(yùn)行產(chǎn)生干擾。
[0019] 5)單相匪C牽引臂組中與帶濾波繞組的牽引變壓器低壓側(cè)相連的匪C牽引臂可W 并聯(lián)多條W增大容量和可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型所述治理系統(tǒng)的電氣部分結(jié)構(gòu)圖；
[0021] 圖2為圖1對(duì)應(yīng)的電氣原理框圖；
[0022] 圖3為MMC牽引臂模塊示意圖，其中，（a)是MMC牽引臂模塊結(jié)構(gòu)，（b)是MMC牽引臂模 塊中SM模塊的電氣結(jié)構(gòu)圖；
[0023] 圖4是帶濾波繞組的牽引變壓器等效模型；
[0024] 圖5是補(bǔ)償電流檢測(cè)原理框圖；
[0025] 圖6是本實(shí)用新型的控制流程圖；
[0026] 標(biāo)號(hào)說(shuō)明：1-電網(wǎng)；2-帶濾波繞組的牽引變壓器;3-感應(yīng)濾波電路;4-單相MMC牽引 臂組;5-直流側(cè)電容組。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0028] -種新型的電氣化鐵路電能質(zhì)量治理系統(tǒng)，包括帶濾波繞組的牽引變壓器、感應(yīng) 濾波電路、MMC補(bǔ)償系統(tǒng)、MMC控制器、電壓和電流測(cè)量裝置；
[0029] 如圖1和圖2所示，所述帶濾波繞組的牽引變壓器2包括高壓側(cè)、牽引側(cè)及低壓補(bǔ)償 側(cè)，所述帶濾波繞組的牽引變壓器的高壓側(cè)與電網(wǎng)1相連，帶濾波繞組的牽引變壓器的牽引 側(cè)與電網(wǎng)牽引臂相連，帶濾波繞組的牽引變壓器的低壓補(bǔ)償側(cè)與MMC補(bǔ)償系統(tǒng)連接；
[0030] 所述MMC補(bǔ)償系統(tǒng)包括兩個(gè)單相MMC牽引臂組4,兩個(gè)感應(yīng)濾波電路3和兩個(gè)直流側(cè) 電容組5;所述感應(yīng)濾波電路與帶濾波繞組的牽引變壓器的低壓補(bǔ)償側(cè)相連，所述單相MMC 牽引臂組的一端與帶濾波繞組的牽引變壓器的低壓補(bǔ)償側(cè)相連，另一端與直流側(cè)電容組相 連；
[0031] 每個(gè)單相匪C牽引臂組至少包括1個(gè)MMC牽引臂單元，每