[发明专利]一种电气化铁路电能质量综合治理装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电能质量治理装置，具体涉及一种应用于电气化铁路牵引供电系统的基于SCOTT（斯科特）变压器供电的电气化铁路电能质量综合治理装置。背景技术

近年来我国电气化铁路发展十分迅速，具有运载能力强、行车速度快、节约能源高、环境污染小等优点，为国民经济的快速发展起到了举足轻重的作用。然而由于电力机车为大功率单相负荷，具有非线性、不对称性和波动性等特点，在运行过程中产生大量的负序、无功和谐波电流注入电网，使电网电压波动畸变、三相不平衡、功率因数低等问题。对电力系统的安全、稳定和经济运行带来严重的影响。

为减少电气化铁路对电网电能质量的影响，目前国内外采用了多种方式来进行解决。在现有技术当中与本专利申请相关的内容主要有以下文献：

文献一为清华大学于2003年11月28日申请，并于2004年11月10日公开，公开号为CN1545183A的中国发明专利申请《牵引变电所电能质量控制器》。该发明由一台三相变流器和一台斯科特（SCOTT）变压器构成，牵引变压器输出的两个正交单相电源与SCOTT变压器的两个单相输出端相连接，三相变流器与SCOTT变压器的三相输出端相串联，其电能三相变流器是一个直流母线上并联有电容的逆变器。该系统包含的斯科特（SCOTT）变压器仅作为隔离变压器连接三相变流器至牵引变电所形成的两相电路中，其不足之处在于：输出端一相接地的三相逆变器，可认为是一个不平衡的三相负载，会引起逆变器输出电压的基波畸变；三相逆变器要实现有功功率的一相到另一相的转移比较困难。

文献二为东南大学于2010年09月06日申请，并于2010年12月15日公布，公布号为CN101917011A的中国发明专利申请《用于电铁牵引供电系统的电能质量综合控制方法及装置》。该发明包括由一个3次滤波器和一个二阶高通滤波器构成的无源滤波器和一组带储能电池组的电压源型变流装置。该专利的缺点是装置均由不可调的电容和电感组成，发出的无功是一常量，因此无法对牵引负荷进行动态补偿，易形成过补偿或欠补偿，反而使得牵引变电所功率因数降低，恶化牵引网的运行电压。

文献三为江苏省电力试验研究院有限公司于2011年03月21日申请，并于2011年07月06日公布，公布号为CN102118027A的中国发明专利申请《电气化铁路的电能质量控制补偿装置》。该发明包括一个由二阶高通滤波器构成的无源滤波器和一组电压源型变流装置。该方案虽可以补偿电铁供电系统功率因数，并有效控制谐波、三相不平衡等电能质量问题。但是它把牵引变电所的两个供电臂分开对待，忽略了两供电臂之间的相互影响，如使用动态响应很快的有源设备，有可能会使系统不稳定，不易使两臂达到负载平衡状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种电气化铁路电能质量综合治理装置，该装置能够有效实现电气化铁路负序、谐波和无功的综合治理，适当降低有源容量，达到改善治理效果和降低成本的目的。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种电气化铁路电能质量综合治理装置的技术实现方案，一种电气化铁路电能质量综合治理装置，包括：铁路功率调节器和晶闸管控制滤波器。铁路功率调节器和晶闸管控制滤波器均安装在单相多绕组变压器的副边。铁路功率调节器包括两个以上共用直流侧电容形成背靠背结构形式的相互并联的变流器，两个变流器的交流输出端均通过连接电抗器和单相多绕组变压器连接至M相供电座和T相供电座。两个单相多绕组变压器副边的一个绕组分别安装有两组以上相互并联的晶闸管控制滤波器，晶闸管控制滤波器包括两组以上相互并联的滤波支路，滤波支路包括相互串联的反并联晶闸管阀组、电容器和电抗器。

作为本发明一种电气化铁路电能质量综合治理装置技术方案的进一步改进，通过相应的检测和控制，在M相供电臂和T相供电臂分别产生电流和分别与M相负载电流和T相负载电流相加后得到电流和使得I_M=I_T，I_M和I_T分别为和的模，电流和的相位与M相供电座和T相供电座的电压相位保持一致，以消除负序。

作为本发明一种电气化铁路电能质量综合治理装置技术方案的进一步改进，在M相供电座和T相供电座中，其中一个为重载座，另一个为轻载座。铁路功率调节器将M相负载和T相负载的有功电流差值的一半从重载座转移至轻载座。

作为本发明一种电气化铁路电能质量综合治理装置技术方案的进一步改进，晶闸管控制滤波器根据各自供电臂的负载感性无功功率电流大小，通过投入不同组合的滤波支路提供相应的容性无功电流，从而补偿负载产生的感性无功电流。