[发明专利]一种新型的电气化铁路电能质量治理系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统领域，特别涉及一种新型的电气化铁路电能质量治理系统及方法。

背景技术

随着高速电气化铁路成在中国的大规模建设，高速铁路供电系统对电网的电能质量的影响也越来越严重。在高铁建设中广泛使用的V/v型带滤波绕组的牵引变压器由于结构上的不平衡，会使网侧出现较大的负序电流，严重影响电力系统的安全稳定运行。其次，电力机车运行时带来的大量谐波会通过带滤波绕组的牵引变压器流入电网，对电网产生污染。此外，虽然现在高铁使用的交-直-交型电力机车功率因数很高，但在支线和货运线路还是使用普通的交-直型电力机车，因此这些线路的牵引站功率因数低的问题依然存在。

目前，对于负序的治理，一般是使用Scott型变压器或平衡变压器来解决。但由于许多线路本身不同方向的机车负荷就是不平衡的，在加上机车编组的随机特性，因此该方法消除负序的效果并不好，另外这类变压器的制造成本和使用成本也都较高。谐波的治理常用滤波支路进行滤波。这种方法虽然能滤除固定次谐波，成本低，但由于电气化铁路负载变化引起的谐振频率的变化，会抑制无源滤波的效果，甚至产生谐振，影响供电系统稳定性。感应滤波技术通过对变压器中谐波磁势的抑制来达到滤波效果。该技术的优点是滤波支路和牵引臂通过电磁感应方式进行滤波，不会对电力机车的整流系统产生影响，但依然存在无源滤波支路所存在的问题。铁路功率调节器(railwaystaticpowerconditioner，RPC)是针对电气化铁路电能质量问题的综合性解决方案。该系统使用两个背靠背整流逆变器将两个牵引臂连接起来，通过该设备可以动态均衡两个桥臂的有功和无功，同时滤除谐波，从而实现负序、谐波和无功的综合治理。但由于现有的电力电子模块级联方式很难实现公共直流母线，两桥臂间无法进行能量传递，因此现有的RPC几乎都使用了单相变压器将低压的整流逆变器的电流转变为高压侧的电流的方案。这种方案除了增加制造成本和使用成本以外，还增大了控制难度，另外变压器的引入使谐波电流补偿等要求电流变化率较快，精度较高的功能基本很难实现。

发明内容

为了在电气化铁路牵引系统中综合解决各种电能质量问题，保证电网侧电能质量满足国标的要求，本发明提出了一种基于模块化多电平技术和感应滤波技术的电气化铁路电能质量治理系统及方法。

一种新型的电气化铁路电能质量治理系统，包括带滤波绕组的带滤波绕组的牵引变压器、感应滤波电路、MMC补偿系统、MMC控制器、电压和电流测量装置；

所述带滤波绕组的牵引变压器包括高压侧、牵引侧及低压补偿侧，所述带滤波绕组的牵引变压器的高压侧与电网相连，牵引变压器的牵引侧与电网牵引臂相连，牵引变压器的低压补偿侧与MMC补偿系统连接；

所述MMC补偿系统包括两个单相MMC牵引臂组，两个感应滤波电路和两个直流侧电容组；所述感应滤波电路与带滤波绕组的牵引变压器的低压补偿侧相连，所述单相MMC牵引臂组的一端与带滤波绕组的牵引变压器的低压补偿侧相连，另一端与直流侧电容组相连；

每个单相MMC牵引臂组至少包括1个MMC牵引臂单元，每个MMC牵引臂单元至少包括两个并联的MMC牵引臂模块，每个MMC牵引臂模块由串联的电抗器和MMC牵引臂组成；

所述电抗器与所述带滤波绕组的牵引变压器的低压补偿侧侧相连，所述MMC牵引臂与直流侧电容组中的电容相连后接地；

所述电压和电流测量装置与所述带滤波绕组的牵引变压器的牵引侧和MMC牵引臂相连，且所述电压和电流测量装置与所述MMC控制器相连；

所述MMC补偿系统受控于所述MMC控制器。

所述MMC牵引臂包括N个串联的SM模块，N为大于或等于1的整数。

所述感应滤波电路至少包括三组并联的LC滤波电路或LCL滤波电路。

一种新型的电气化铁路电能质量治理系统的控制方法，采用上述的一种新型的电气化铁路电能质量治理系统，进行电能质量控制，包括以下几个步骤：

步骤1：利用电压和电流测量装置获取带滤波绕组的牵引变压器牵引侧的电压和电流，并计算带滤波绕组的牵引变压器牵引侧瞬时的等效有功电导G_p(t)；

步骤2：去除步骤1获得的带滤波绕组的牵引变压器牵引侧瞬时的等效有功电导的高频分量，得到带滤波绕组的牵引变压器牵引侧的等效有功线性电导G_p；