[实用新型]一种具有无功补偿功能的能馈式牵引供电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种城市轨道交通牵引供电装置及控制方法，尤其指采用大功率双向变流器，能够同时满足列车的牵引供电、再生制动能量吸收，并具有交流中压电网无功补偿功能的牵引供电装置及控制方法。

背景技术

城市轨道交通可以缓解城市交通日益拥堵的现状，降低化石燃料的消耗，减少汽车尾气对空气的污染，实现节能减排，促进城市可持续发展。

当前城市轨道交通牵引供电仍采用基于二极管的供电装置。其特点是结构简单、成本较低，但是直流电压不可控，波动范围大，不利于列车性能的发挥；同时，能量只能单向传输，列车再生制动的多余能量不能回馈交流电网，需用制动电阻消耗掉，造成能量的白白浪费。此外，制动电阻发热还会导致隧道温度升高，增加环控系统的负担，造成能源的再消耗。利用大功率电力电子功率变换技术，研制一种具有能量回馈功能的牵引供电装置是城市轨道交通牵引供电未来发展趋势。

众所周知，无功在供电网络中传输，不仅会带来有功功率损耗，而且会造成电压损失，影响电能传输容量和质量。为此，电力企业会对客户端的功率因数进行考核，功率因数低于最低限值的用户会面临处罚。对于城市轨道牵引供电系统，白天高峰时段用电负荷大，电缆等效电容产生的无功所占总功率的比重相对较小，主变电站功率因数能维持0.9以上；但在非高峰时段或夜间休车时段，地铁用电负荷很小，不到高峰时段的1/10。大量电缆的等效电容产生的无功使得主变电站功率因数大大降低，严重时功率因数仅有0.4左右，大大低于电力企业规定的功率因数限值，因此迫切需要进行无功补偿。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有牵引供电装置直流电压波动范围大、制动能量不能回馈的不足，提供一种能够将制动能量回馈交流电网，同时还具有一定无功补偿能力的能馈式牵引供电装置及控制方法。

本实用新型解决其技术问题的技术方案如下：

一种具有无功补偿功能的能馈式牵引供电装置，其特殊之处在于它包括：

一台双分裂变压器，该变压器由一个原边绕组和两个副边分裂绕组组成，原边绕组接交流中压电网，采用星形连接，每个副边绕组连接一台大功率双向变流器，各副边绕组的连接方式相同，均采用三角形连接，变压器副边绕组具有较大的漏感，用于替代双向变流器交流侧滤波电感，减小系统体积。

第一台、第二台大功率双向变流器的直流输出侧串联连接，以获得较高的直流输出电压。直流滤波电感串接在第一台大功率双向变流器的直流正端输出与直流接触网之间。第二台大功率双向变流器的直流负端输出接钢轨。

一个中央控制器，其通过CAN网络与第一和第二大功率双向变流器互联。

一种具有无功补偿功能的能馈式牵引供电装置的控制方法，该控制方法采用分层控制，中央控制器负责有功电流指令和无功电流指令的计算，第一台和第二台大功率双向变流器根据有功电流指令和无功电流指令分别对各自交流电流进行闭环控。

有功电流指令的计算是通过检测直流接触网电压，并进行PI闭环控制得到。

无功电流指令计算式为：

iq*=-0.5·Q1.5Ed]]>

其中，Q为中央控制器接收的来自SCADA的主变电站进线处的无功功率值，E_d为变压器二次侧电压转换到同步旋转坐标系下的值。

第一和第二大功率双向变流器交流电流闭环控制方法采用基于同步旋转坐标系的电流解耦控制，实现对有功和无功的独立控制。

所述基于同步旋转坐标系的电流解耦控制，采用下列步骤：

a，检测变压器原边电压互感器输出的两相交流电压，并进行锁相，得到电网电压同步角。

b，分别检测第一和第二大功率双向变流器的两相交流电流，并利用坐标变换转换到同步旋转坐标系，然后再根据有功电流指令和无功电流指令分别对d轴电流和q轴电流进行PI控制。

c，将d、q轴PI控制的输出用于空间矢量脉宽调制，产生六路驱动脉冲。

本实用新型与现有技术相比，具有的优点是：(将下述三段合并描述)