[发明专利]铁路电车智能有源滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子控制技术领域和电网补偿与滤波器领域，具体地说，涉及的是一种针铁路电车电网的铁路电车智能有源滤波器。

背景技术

随着中国高速电车的高速发展与中国一带一路世界布局发展规划，中国已发展为世界高速电车铁路最长，运行速度最高的高速电车发展大国，同时随着高速铁路电车高速发展，高速电车对电网环境的影响及电车安全是科学界当前重要的研究课题。由于铁路电车特殊运行状态对电网运行造成严重的不平衡、对电网造成极大的冲击与波动，产生大量的高次谐波与无功电力对电网造成极大的干扰与危害；严重的影响电网的安全性与供电质量及电车自身干扰与安全。

目前铁路电车具有如下特殊性：

1.电车牵引变压器与电车负荷绕组如图1上部分，由于电车工作状态与电车牵引变压器结构的特殊性：A相接上行电车，B相接上行电车，C相接地。当A相有电车，B相无电车时电车牵引变压器1会产生严重的三相不平衡，对电网造成严重影响。

2.电车驱动带负载启动，电车带负载启动时，启动电流是额定电流几十倍，对电网造成严重的冲击与波动。

3.电车上坡时工作在电动机状态，并造成超载运行，造成电车电网电压下降；电车在下坡时工作在发电机状态，产生大量的再生电压电力流入电网，使电车电网电压升高，上下坡时电压差非常大，对电网造成严重的波动与冲击。

目前，铁路电车补偿系统为了补偿抑制电网冲击与波动，并联大量电容器，采用大量LC滤波器与SVG与SVC，补偿精度低，冲击电流大，易于产生谐振，且体积大、补偿精度低，耗电量大、无法满足电力系统的需要。

经对现有技术文献检索发现，申请号为201220183143，该专利公开了一种电力有源滤波器，其包括：根据实测负载电流波形的分析结果，控制补偿电路对谐波电流成分反向补偿，通过IGBT逆变器，将反向电流注入供电系统中；实现滤除谐波功能。但该方式补偿精度低，耐压低，容量小，可靠性差。

检索中还发现，申请号为201020254744的实用新型专利，提出一种混合型有源滤波器。该滤波器包括一次系统部分和二次系统部分，所述一次系统部分包括串联的有源与无源滤波器，但不能承受电网交流电源的基波电压，装置容量小，不能适用高电压大容量电力系统。

发明内容

根据电车电网与电车牵引变压器结构与电车工作状态特殊性，针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种铁路电车智能有源滤波器。

本发明把电车电网谐波与无功电力转换为有功电力回送电网，节约大量的电力；同时对电车电网产生的谐波与无功电力进行高速高精度补偿，提高铁路电车电网平衡度，消除电车电网系统波动冲击与干扰，消除电车电网波动冲击对通信系统与电车信号的干扰，提高电车电网质量，提高电车系统的稳定性与安全性。

为实现上述目的，本发明所述铁路电车智能有源滤波器，包括：并网电感变压器、电网检测装置、铁路电车检测装置、A/D变换器、谐波/有功变换装置、无功移相控制器、三相平衡控制器、谐波无功补偿装置、系统保护控制装置、数字处理控制器；其中：

并网电感变压器，用于将整个铁路电车智能有源滤波器输出的补偿电压和/或回送有功电力，升压后并入电车牵引变压器的二次绕组供电母线；

电网检测装置，用于对电车电网状态进行检测，把所检测信号传输到A/D变换器；

铁路电车检测装置，用于对电车运行状态进行检测，把所检测信号传输到A/D变换器；

A/D变换器，用于将电网检测装置与铁路电车检测装置传输的信号转变为数字信号，并输入数字处理控制器；

数字处理控制器，与谐波/有功变换装置、无功移相控制器、三相平衡控制器、谐波无功补偿装置、系统保护控制装置连接，用于对铁路电网与电车系统运行状态进行监控分析；数字处理控制器根据A/D变换器的信号数据，计算出电车电网系统的各次谐波无功电力的频率相位与幅值及各类参数，计算出谐波/有功变换装置、无功移相控制器、三相平衡控制器、谐波无功补偿装置、系统保护控制装置的控制信号与参数；并且：

所述数字处理控制器控制谐波/有功变换装置，把电网谐波变换为有功电力，由并网电感变压器将有功电力回送电网或电车牵引变压器；

所述数字处理控制器控制无功移相控制器，将电网与铁路电车产生的无功电力移相为有功电力回送电网；

所述数字处理控制器控制三相平衡控制器，对电车牵引变压器与电车负载三相失衡状态进行调节，提高电车牵引变压器与电网平衡度；