一種牽引電網電能質量調節系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及牽引供電系統電能質量改善的系統領域，更具體地，涉及一種牽引電網電能質量調節系統。
【背景技術】
[0002]電氣化鐵路供電方式包括:直接供電(簡稱TR供電)、自耦變壓供電(簡稱AT供電)、吸流變壓器供電(簡稱BT供電)和帶回流線的直接供電(簡稱DN供電)等供電方式。由于電氣化鐵路是一種典型的大容量不平衡非線性沖擊負荷，會對供電電網以下影響:產生極大的基波負序電流，負序分量將會引起旋轉電機的附加發熱，增加系統損耗，降低系統運行效率;產生許多諧波分量，且功率因數偏低，注入三相高壓電網后引起系統電壓的偏移和波動，降低系統運行的經濟性。
[0003]解決牽引供電網電能質量問題常采用無源電力濾波器的方法，具有容量大、結構簡單、成本低等優點，但補償容量不能跟蹤負荷變化，且經常產生無功返送的情況，同時存在容易發生失諧、共振和過載等問題。所普遍采用的相序輪換技術和采用平衡變壓器技術僅能在一定范圍內改善負序電流的影響，由于牽引負載在空間和時間分布上的隨機性，它們所能產生的效果是有限的，而且有時還會對系統的性能產生消極的影響。有源電力濾波器是有效的改善電能質量的方案，然而在高壓領域的應用中，由于受到器件耐壓和容量等級的限制，常用的方式是通過工頻變壓器接入高壓電網，笨重的工頻變壓器大大增加了電力電子變換裝置的成本、體積，并且限制了系統的效率，難以在牽引供電系統中進行推廣應用。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種牽引電網電能質量調節系統，解決現有的供電系統電能質量補償方式存在的由于使用工頻變壓器帶來的體積、成本增加及效率降低問題。
[0005]為了達到上述技術效果，本發明的技術方案如下:
[0006]—種牽引電網電能質量調節系統包括:在直接供電模式或者BT(吸流變壓器供電)供電模式下實現異相供電補償時，電能質量調節器的第一交流輸出端連接牽引變壓器的第一副邊出線端子，同時連接牽引網上行臂接觸線，電能質量調節器的第二交流輸出端連接牽引變壓器的第二副邊出線端子，同時連接鋼軌，電能質量調節器的第三交流輸出端連接牽引變壓器的第三副邊出線端子，同時連接牽引網下行臂接觸線，牽引變壓器的三個原邊連接高壓公共電網。
[0007]在AT(自耦變壓供電)供電模式下實現異相供電補償時，電能質量調節器的第一交流輸出端連接牽引變壓器的第一副邊出線端子，同時連接牽引網上行臂接觸線，電能質量調節器的第二交流輸出端連接牽引變壓器的第五副邊出線端子，同時連接牽引網鋼軌，電能質量調節器的第三交流輸出端連接牽引變壓器的第三副邊出線端子，同時連接牽引網下行臂接觸線;左側自耦變壓器并聯在上行供電臂的接觸線、正饋線之間，同時并聯接入牽引變壓器的第一副邊出線端子和第二副邊出線端子;右側自耦變壓器并聯在下行供電臂的接觸線、正饋線之間，同時并聯接入牽引變壓器的第三副邊出線端子和第四副邊出線端子，左側自耦變壓器與右側自耦變壓器的中點通過鋼軌相連，同時接入牽引變壓器的第五副邊出線端子，這樣電能質量調節器僅需要承受AT供電時自耦變壓器一半的輸出電壓。
[0008]在直接供電模式或者BT供電模式下實現同相供電補償時，電能質量調節器的第一交流輸出端連接牽引變壓器的第一副邊出線端子，同時連接牽引網接觸線，電能質量調節器的第二交流輸出端連接牽引變壓器的第二副邊出線端子，同時連接鋼軌，電能質量調節器的第三交流輸出端連接牽引變壓器的第三副邊出線端子，牽引變壓器的三個原邊連接高壓公共電網。
[0009]在AT供電模式下實現同相供電補償時，電能質量調節器的第一交流輸出端連接牽引變壓器的第一副邊出線端子，同時連接牽引網接觸線，電能質量調節器的第二交流輸出端連接牽引變壓器的第五副邊出線端子，同時連接鋼軌，電能質量調節器的第三交流輸出端連接牽引變壓器的第三副邊出線端子；自耦變壓器并聯在牽引網接觸線、正饋線之間，同時并聯接入牽引變壓器的第一副邊出線端子和第二副邊出線端子；自耦變壓器的中點和鋼軌相連，同時接入牽引變壓器的第五副邊出線端子，牽引變壓器的三個原邊、、連接高壓公共電網，這樣電能質量調節器僅需要承受AT供電時自耦變壓器一半的輸出電壓。
[0010]所述電能質量調節器采用三相模塊組合型多電平變換器、三相三角形接線的級聯多電平變換器中的一種。
[0011]所述電能質量調節器的交流電抗器安裝在橋臂內，能直接掛網運行。
[0012]所述的電能質量調節系統能夠單獨應用于牽引變電所，或者和無源電力濾波器、晶閘管投切電容器等裝置串并聯使用組成混合補償系統，具體組合形式可根據濾波和無功性能指標確定。
[0013]本發明的有益效果:
[0014]本發明提出的牽引電網電能質量調節系統無需工頻變壓器即可直接掛網運行，利用低壓功率器件實現高壓大功率輸入、輸出，具有占地面積小，損耗小、成本低的優點。
[0015]本發明提出的牽引電網電能質量調節系統適用于鐵路牽引供電系統中述及的直接供電模式、BT供電模式和AT供電模式；以及V型接線、斯科特接線、阻抗匹配平衡接線、YNdll接線等多種牽引變壓器，以及需要進行負序補償的其它接線型式變壓器。本發明的牽引電網電能質量調節系統能夠單獨應用于牽引變電所，或者和無源電力濾波器、晶閘管投切電容器等裝置串并聯使用組成混合補償系統，具體組合形式可根據濾波和無功性能指標確定。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明在直接供電模式或者BT供電模式下實現異相供電補償的實施例示意圖；
[0017]圖2為本發明在AT供電模式下實現異相供電補償的實施例示意圖；
[0018]圖3為本發明在直接供電模式或者BT供電模式下實現同相供電補償的實施例示意圖；
[0019]圖4為本發明在AT供電模式下實現同相供電補償的實施例示意圖。
【具體實施方式】
[0020]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
[0021]為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產品的尺寸；
[0022]對于本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。
[0023]下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案做進一步的說明。
[0024]實施例1
[0025]本發明在直接供電模式或者BT供電模式下實現異相供電補償的實施例，參見圖1所示。電能質量調節器101的第一交流輸出端U連接牽引變壓器66的第一副邊出線端子a，同時連接牽引網上行臂接觸線67，電能質量調節器101的第二交流輸出端V連接牽引變壓器66的第二副邊出線端子b，同時連接牽引網鋼軌68，電能質量調節器101的第三交流輸出端W連接牽引變壓器66的第三副邊出線端子C，同時連接牽引網下行臂接觸線61。本實施例中的牽弓丨變壓器66采用V型接線、Scott型接線、阻抗匹配平衡型接線，YNdll接線等多種牽引變壓器中的一種，牽引變壓器66的三個原邊A、B、C連接高壓公共電網。
[0026]本實施例中電能質量調節器101并聯接入牽引變壓器的副邊輸出端，通過功率單元直流側的儲能電容來存儲和交換兩個供電臂的能量。為了補償負序功率，所述的電能質量調節器101控制牽引網兩個供電臂中的有功電流，通過電能質量調節器101的儲能電容實現有功功率從負載小的供電臂向負載大的供電臂轉移，最終使得牽弓I網兩個供電臂僅流過與各自電壓同相位的、幅值相同的基波電流，就實現了牽引變壓器66高壓側三相電流的平衡。在合理的控制策略下，所述的電能質量調節器101能同時補償各相的諧波和無功功率。
[0027]圖1中附圖標記:60-電力機車負載;S-電分相裝置。
[0028]本發明在AT供電模式下實現異相供電補償的實施例，參見圖2所示。電能質量調節器101的第一交流輸出端U連接牽引變壓器66的第一副邊出線端子a，同時連接牽引網上行臂接觸線67，電能質量調節器101的第二交流輸出端V連接牽引變壓器66的第五副邊出線端子O，同時連接牽引網鋼軌68，電能質量調節器101的第三交流輸出端W連接牽引變壓器66的第三副邊出線端子C，同時連接牽引網下行臂接觸線61。左側自耦變壓器71并聯在上行供電臂的接觸線67、正饋線69之間，同時并聯接入牽引變壓器66的第一副邊出線端子a和第二副邊出線端子b;右側自耦變壓器72并聯在下行供電臂的接觸線61、正饋線63之間，同時并聯接入牽引變壓器66的第三副邊出線端子c和第四副邊出線端子d，左側自耦變壓器71與右側自耦變壓器72的中點通過鋼軌68相連，同時接入牽引變壓器的第五副邊出線端子O。本實施例中的牽引變壓器66采用V，x型接線、Scott型接線、阻抗匹配平衡型接線等多種牽引變壓器中的一種；當采用V，x型接線時，無需外加自耦變壓器71和72，利用X接線的副邊繞組的中點抽頭短接后連接鋼軌68就能夠實現AT供電模式，牽引變壓器66的三個原邊A、B、C連接高壓公共電網。