[发明专利]基于两相三线制变流器的高速铁路负序和谐波补偿系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速铁路负序和谐波综合补偿系统，特别涉及一种基于两相三线制变流器的高速铁路负序和谐波补偿系统。

背景技术

高速铁路牵引供电系统由于采用单相供电方式，产生负序电流，给电力系统中的发电、输电和变电设备的运行带来严重危害，例如增加发电机的损耗，降低变压器出力等，严重影响电力系统的安全经济运行。另外，高速铁路电力机车产生的谐波也降低了其供电系统和上级电力系统的可靠性。因此，必须采取有效措施抑制高速铁路供电系统产生的负序和谐波电流。

针对电气化铁路的负序、谐波问题，国内外已出现一些补偿措施。采用SVC安装在牵引变压器的两供电臂进行电气化铁路的负序补偿，在牵引变压器容量允许的情况下理论上可将负序完全补偿，但增加了牵引变压器的容量和出力，并降低了两供电臂功率因数。采取单相有源滤波器能够实现对电气化铁路的谐波抑制，但不能有效补偿电气化铁路中的负序电流。针对铁路供电系统的单相供电特性，日本学者提出了铁路功率调节器(Railway Static Power Conditioner，RPC)，利用背靠背的两个单相变流器进行有功、无功及谐波的控制，能实现对负序和谐波综合补偿，但两个单相变流器包含8个功率开关器件，功率开关器件较多，其具体结构见图1。另外，还有学者提出一种三相有源补偿系统——有源电能质量补偿器(Active Power Quality Compensator，APQC)，其结构是采用Scott变压器将两单相电变换为三相平衡电压，再将一个三相变流器通过三个输出电感与三相平衡电连接，比RPC节省了一臂功率开关器件，但增加了功率器件的电压等级，且需要结构较复杂的Scott变压器和多了一个输出电感，其具体结构见图2。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于两相三线制变流器的高速铁路负序和谐波补偿系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：包括两个单相降压变压器，所述两个单相降压变压器原边与三相V/V牵引供电系统中的两单相供电臂连接，两单相变压器副边中与原边地对应的两端连接起来，从而使两单相降压变压器副边形成三线，其特征在于：还包括一个两相三线制变流器，所述的两相三线制变流器包含三个开关臂，其中一开关臂与两单相电压共用地线连接，其余两开关臂分别通过一个电感与两单相降压变压器副边中的其余两线连接。

本发明的技术效果在于：(1)该系统中两相三线制变流器开关器件少，比RPC采取两个背靠背单相变流器要少2个功率开关器件；采用结构较简单的两个单相变压器将两单相电压与输出电感只有两个的两相三线制变流器连接，比有源电能质量补偿器APQC采用的Scott变压器结构要简单，且要少1个输出电感。

(2)两相三线制变流器各相补偿电流的基波幅值是相等的。也就是说，两相三线制变流器中共用地线的一臂开关器件的电流等级并未增加，新型补偿系统更体现了其结构优势。

(3)两相三线制变流器的直流侧电压利用率比普通三相制变流器高一倍，可降低直流侧电容的成本；(4)通过调节3个开关桥臂的开断状态，可以维持两相三线制变流器的直流侧电压稳定，并调节两相三线制变流器的输出电流，实现对高速铁路供电系统的负序和谐波综合补偿。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为RPC的结构图。

图2为APQC的结构图。

图3为本发明的结构图。

图4为本发明的电路图。

图5是两相三线制变流器的开关模型。

图6是本发明的等效电路图。

图7是本发明的负序补偿原理图。

具体实施方式

参见图3，图3为本发明的结构图。本发明4的补偿对象为采用三相V/V牵引变压器1的高速铁路供电系统。本发明4由两个单相降压变压器2和两相三线制变流器3组成。两个单相变压器的原边分别与两单相牵引供电臂连接，并将两单相变压器副边中与原边地对应的两端连接起来，从而形成三线。变压器副边形成的三相与两相三线制变流器连接。两相三线制变流器由普通三桥臂变流器和两个输出电感L_α和L_β构成，变流器中与地线对应连接的输出端没有输出电感。定义图中与三相V/V变压器副边ac端连接的供电臂为α相，另一臂为β相。

本发明与APQC比较，采用了两个单相变压器，其结构相对于Scott变压器要简单，且输出电感只需2个；与RPC比较，节省了一臂功率开关器件。因此，这种补偿结构更为精简。

下面结合附图4、5、6、7对综合补偿系统的工作原理和效果作进一步的阐述。