[发明专利]一种Vv接线牵引变电所异相与同相兼容综合补偿系统

说明书

技术领域

本发明涉及电气化铁路牵引供电、电能质量综合补偿领域，特别涉及一种Vv接线牵引变电所异相与同相兼容综合补偿系统。

背景技术

近年来，由于电力牵引具有节能、节地、低碳、环保等优越性，作为现代化运输方式的电气化铁路，在铁路建设和运营中占有越来越重要的地位。截至2011年底，全国铁路营业里程已达9.3万公里，其中电气化铁路约占二分之一，并承担铁路总运量的80%以上。根据规划，2020年全国铁路营运里程将提高到12万公里以上，其中铁路网的电气化率将提高至60%以上。

普速电气化铁路、高速铁路客运专线以及货运重载铁路等多种类型电气化铁路陆续开通的同时，电气化铁路用电负荷迅速增加，其用电均是通过沿线的牵引变电所从110kV或220kV公共电网取电，一般每隔40-50公里设置一座牵引变电所，通过牵引变电所内的牵引变压器把110kV或220kV电能转换成27.5kV或2×27.5kV电能向铁路牵引网供电。牵引变压器的接线方式有YNd11接线、Vv接线、Scott接线、Vx接线、十字交叉接线、阻抗匹配平衡接线等形式，其中以Vv接线牵引变压器较为常见。

根据电气化铁路采用的电力机车的不同类型，其负荷特性不同，对外部电网的电能质量影响也不同。基于晶闸管相控整流和直流牵引电机的交-直型电力机车，其功率因数低，谐波含量高，因此牵引变电所设置并联电容补偿装置，兼顾滤除部分谐波，目前已不再生产交-直型电力机车，但保有量大，因此将在相当一个时期内一直存在。高速铁路客运专线采用的基于GTO、IGBT、IGCT等全控性器件的大功率交-直-交型动车组，其核心是多组四象限PWM控制和多重化控制的牵引变流器，在实际运行中谐波含量小，功率因数接近1，无需无功补偿。货运重载铁路有的采用交-直型货运电力机车进行多机牵引，也有的采用大功率货运交-直-交型电力机车进行多机牵引。向交-直-交型电力机车或动车组供电的牵引变电所内一般不再设置并联电容无功补偿装置。但是不论何种类型的电力机车或动车组，均为单相用电负荷，其在三相公共电网中都将产生负序影响。尤其是交-直-交型电力机车或动车组运行速度高，功率大，大编组运行的单列额定功率将达25MW，大于或接近普速铁路1座牵引变电所的容量。这些大量开行的大功率单相负荷对三相电网造成严重的负序问题愈发突出，目前除了牵引变电所的换相连接之外，尚未采取有效措施。

另外，对电力机车或动车组这种单相移动负荷而言，牵引变电所实质上采用的却是三相变两相的异相供电模式，造成列车必须每隔20公里左右就必须经过一段无电区以实现换相，称为过分相。在过分相时列车速度损失大，同时还易常造成拉弧、过电压、引起变电所跳闸、列车坡停等事故，过分相成为整个电气化铁路牵引供电的瓶颈。

研究一种可靠的牵引变电所综合补偿系统，适用于我国电气化铁路中常见的Vv接线牵引变电所，既可兼容现有的异相运行模式，有效解决大容量单相负荷所带来的负序以及无功、谐波等电能质量问题，也可实现同相运行模式（三相-单相供电模式），即在异相运行模式下解决负序以及无功、谐波等电能质量问题的基础上，可以方便地发展转换为同相运行模式，从而避免列车过分相，无疑是一种较理想的综合解决方案，具有较高的应用价值和经济效益，具有相当广阔的市场前景。

发明内容

鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是，提供一种Vv接线牵引变电所异相与同相兼容综合补偿系统，适用于我国电气化铁路中常见的Vv接线牵引变电所，可兼容现有的异相运行模式和新的同相运行模式，既能完备地解决负序以及无功、谐波等电能质量问题，又能在同相模式下解决一直困扰普速、高速、重载铁路的过分相问题。。

本发明的目的是通过如下的手段实现的。

一种Vv接线牵引变电所异相与同相兼容综合补偿系统，由Vv牵引变压器和附属补偿机构组成。在牵引变电器次边，超前（T1-N）相、滞后（T2-N）相均向牵引负载供电；直流侧背靠背的第一静止无功发生器SVG1和第二静止无功发生器SVG2的交流侧分别连接Vv牵引变压器的超前（T1-N）相和滞后（T2-N）相。

由此，构成异相与同相结构兼容且易于由异相模式发展转换为同相模式的综合补偿系统，以产生与牵引负荷相反的负序潮流，并通过合理控制，兼顾无功补偿、谐波治理。