[发明专利]一种高速铁路电能质量及牵引网电压综合补偿系统

权利要求书

1.一种高速铁路电能质量及牵引网电压综合补偿系统，所述高速铁路的供电系统包括相连的电力系统、牵引变压器、牵引母线和牵引网；所述牵引网包括接触线、钢轨、正馈线和自耦变压器；所述牵引母线一和牵引母线二分别通过牵引变压器一和牵引变压器二与所述电力系统连接；所述牵引母线一和牵引母线二分别通过馈线一和馈线二连接所述牵引网；所述接触线与钢轨之间、钢轨与正馈线之间分别通过自耦变压器连接；其特征在于：所述综合补偿系统包括安装在所述牵引变电所牵引侧的单相背靠背STATCOM补偿装置及安装在所述分区所的晶闸管投切高通滤波器；

所述单相背靠背STATCOM补偿装置用于负序补偿、2-11次范围内的低次谐波滤波、功率因数及母线电压控制；

所述晶闸管投切高通滤波器用于吸收11次以上的高次谐波，稳定牵引网末端电压。

2.如权利要求1所述的一种高速铁路电能质量及牵引网电压综合补偿系统，其特征在于：所述晶闸管投切高通滤波器包括相连的投切开关和高通滤波器，所述投切开关包括两个反并联晶闸管，所述高通滤波器包括串联的电容器C和电抗器L，所述电抗器L与电阻器R并联；

所述晶闸管投切高通滤波器装置于分区所的接触线与中线之间及正馈线与中线之间分别安装，两个所述分区所共设置4套晶闸管投切高通滤波器。

3.如权利要求1所述的一种高速铁路电能质量及牵引网电压综合补偿系统，其特征在于：所述单相背靠背STATCOM装置包括分别与所述牵引母线一和牵引母线二连接的隔离变压器一和隔离变压器二，所述隔离变压器一和隔离变压器二分别连接变流器一和变流器二，所述变流器一和变流器二通过直流电容相连，形成背靠背对称结构，所述变流器一和变流器二分别与控制器相连。

4.如权利要求3所述的一种高速铁路电能质量及牵引网电压综合补偿系统，其特征在于：所述隔离变压器一为单相多绕组变压器，所述单相多绕组变压器的次边绕组与并联的多个单相电压源变流器连接；

所述隔离变压器二为单相双绕组变压器，用于实现多个单相电压源变流器级联输出电压与牵引母线二的电压匹配，并使变流器二与牵引母线二实现电气隔离。

5.如权利要求3所述的一种高速铁路电能质量及牵引网电压综合补偿系统，其特征在于：所述单相背靠背STATCOM装置的补偿方法包括以下步骤：

令牵引母线一对应的牵引变压器一的二次侧端口为端口I，牵引母线二对应的牵引变压器二的二次侧端口为端口II，机车负荷分别接在所述端口I和端口II，两端口接线角分别为Ψ₁、Ψ₂，对应两供电臂牵引负荷容量分别为S_L1和S_L2，功率因数角分别为和，谐波分量分别为i_L1h、i_L2h；

所述单相背靠背STATCOM装置的变流器一和变流器二的交流侧分别通过隔离变压器一和隔离变压二接入所述端口I和端口II，所述端口I和端口II的补偿有功和无功分别为P_C1、Q_C1和P_C2、Q_C2；

补偿前所述牵引变电所注入电网负序电流为电网供电变电站允许负序电流为I^-，则负序补偿剩余度为补偿后牵引变压器原边剩余的三相正序无功功率为补偿前无功功率为则无功补偿剩余度为根据V/v牵引变压器原边负序电流与副边两供电臂牵引负荷的关系，为实现V/v牵引供电方式下的负序补偿，可根据如下式（1）确定单相背靠背STATCOM装置补偿容量：

式（1）中，S_Ly为供电臂的视在功率，矩阵B如下式（2）：

B=[1-cos2(Ψ1-Ψ2)]-sin2(Ψ1-Ψ2)cos2Ψ1-cos2Ψ2sin2Ψ1-sin2Ψ2[1-cos2(Ψ1-Ψ2)]sin2(Ψ1-Ψ2)-cos2Ψ1+cos2Ψ2-sin2Ψ1+sin2Ψ2sin2(Ψ1-Ψ2)[1-cos2(Ψ1-Ψ2)]-sin2Ψ1+sin2Ψ2cos2Ψ1-cos2Ψ2-sin2(Ψ1-Ψ2)[1-cos2(Ψ1-Ψ2)]sin2Ψ1-sin2Ψ2-cos2Ψ1+cos2Ψ2---(2)]]>

通过式（1）确定的功率，可根据如下式（3）确定所述牵引变电所背靠背STATCOM两交流侧的补偿电流瞬时值：

iC1*=2PC1U1sinU1+2QC1U1cosU1-iL1h*iC2*=2PC2U2sinU2+2QC2U2cosU2-iL2h*---(3)]]>

式中，为供电臂一侧背靠背STATCOM装置补偿电流瞬时值，为供电臂二侧背靠背STATCOM装置补偿电流瞬时值，为供电臂一侧牵引负荷谐波分量，为供电臂二侧牵引负荷谐波分量，谐波次数取值在11次及以下；

U₁、U₂分别为供电臂一和供电臂二的电压，sinU₁、sinU₂、cosU₁、cosU₂分别为供电臂一和供电臂二电压锁相得到的正弦和余弦信号。