[发明专利]一种虚拟同相供电系统及供电方法

说明书

本发明公开了一种虚拟同相供电系统及供电方法，包括设置在牵引变电所内的铁路电能质量调节器；铁路电能质量调节器一端连接A相供电臂，另一端连接B相供电臂；还包括多个电池储能模块，电池储能模块一端与级联H桥地面过电分相装置连接，另一端连接铁路电能质量调节器；级联H桥地面过电分相装置连接中性段；本发明通过铁路电能质量调节器与基于电池储能级联多电平地面过电分相装置的有效配合，实现对列车而言的贯通供电并解决铁路牵引供电系统的电能质量问题，并可以大大降低现有基于铁路电能质量调节器同相供电系统中电力电子装置的容量，节约成本。

技术领域

本发明涉及铁路牵引供电系统，具体涉及一种虚拟同相供电系统及供电方法。

背景技术

单相工频牵引供电系统由牵引变电所和牵引供电网构成，牵引变电所将电力系统的三相110kV或220kV供电通过牵引变压器降压成27.5kV，再供给牵引网，如图1所示。根据变电所供电能力的大小、接触网架设环境以及电磁兼容要求等条件，交流牵引供电系统可以采用不同的供电方式；传统的牵引接触网供电方式有直接供电方式、吸流变压器(Booster-Transformer，BT)供电方式和并联自耦变压器(Auto-Transformer，AT)供电方式；其中，AT供电方式和直接供电方式(尤其是加回流线的直接供电方式)的很多特点更能满足电力牵引的要求。

由于电力机车为单相负载并且普遍采用电力电子装置，因此工频单相牵引供电系统普遍存在无功、负序、谐波等问题；为了解决这些问题，研究人员提出了各种方法，其中铁路电能质量调节器(Railway Power Conditioner，RPC)是其中比较有效的手段；RPC的拓扑结构如图2所示，RPC采用两个电压源变流器，通过共用直流侧电容形成背靠背结构，两个电压源变流器的交流侧通过变压器分别并联接入两供电臂；通过背靠背变流装置，可以在两供电臂之间转移有功功率，并分别独立补偿无功功率和有源滤波，使得两供电臂负荷实时平衡，从而消除负序电流，并实现无功补偿和有源滤波；2002年日本研制成功应用于Scott牵引变压器的20MVA/60kV的RPC系统，并在新干线投入运行；运行效果表明，RPC能有效抑制牵引供电系统电压波动、减少三相电压不平衡，并具有无功补偿和有源谐波功能；但是RPC不能消除变电所内部存在的电分相，仍然需要采取相应的措施确保列车安全通过电分相。

我国学者提出了利用平衡变压器并结合有源滤波器，实现了同相供电；理论上可以证明最节省对称补偿容量的技术方案是采用平衡变压器和有功补偿装置(Active PowerCompensator，APC)，如图3所示，它能取消牵引变电所出口处的电分相；该系统利用APC装置实现了牵引变压器电流平衡、无功补偿和滤除负载谐波的功能，能够实现同一牵引变电所内两个牵引供电臂电压的同相位，从而消除变电所内部的电分相；该系统已经在我国眉山供电段得到了应用，但该方案中相邻两个变电所之间的电分相依然存在；另外，我国牵引变电所两桥臂电压相差π/3或者π/2，采用APC进行补偿时，其额定容量为牵引供电臂的容量，存在造价高的问题。

发明内容

本发明提供一种能有效抑制牵引供电系统电压波动、减少三相电压不平衡、实现无功补偿和有源谐波功能，同时又能实现对列车而言的贯通式供电的虚拟同相供电系统及供电方法。

本发明采用的技术方案是：一种虚拟同相供电系统，包括设置在牵引变电所内的铁路电能质量调节器；铁路电能质量调节器一端连接A相供电臂，另一端连接B相供电臂；还包括多个电池储能模块，电池储能模块分别与级联H桥地面过电分相装置、铁路电能质量调节器；电池储能模块与级联H桥地面过电分相装置中级联H桥逆变器的级联H桥子模块的支撑电容并联，电池储能模块与铁路电能质量调节器的中间支撑电容并联。级联H桥地面过电分相装置连接中性段。

进一步的，所述级联H桥地面过电分相装置包括级联H桥逆变器，级联H桥逆变器包括多个级联H桥子模块HB。

进一步的，所述铁路电能质量调节器为模块化电力电子装置的铁路电能质量调节器。