[实用新型]一种基于三相结构的电气化铁路牵引变电所补偿装置

说明书

本实用新型属于电气化铁路牵引供电控制技术领域，具体的说是涉及一种基于三相结构的电气化铁路牵引变电所补偿装置。本实用新型包括补偿变压器和三相PWM整流器，所述补偿变压器的高压侧与电气化铁路牵引所两侧的牵引网连接，补偿变压器的低压侧与三相PWM整流器的交流侧连接，三相PWM整流器的直流侧连接支撑电容。本实用新型所提出的一种基于三相结构的电气化铁路补偿装置，在传送相同的功率下，将变压器和变流器容量降到原来的降低了补偿装置的设备和建设成本，提高了补偿装置的可靠性。

技术领域

本实用新型属于电气化铁路牵引供电技术领域，具体的说是涉及一种基于三相补偿结构的电气化铁路牵引供电补偿装置。

背景技术

电气化铁路牵引供电采用单相27.5kV交流给列车供电，为了减小对电网的影响，在铁路沿线，采用三相轮流供电，让电网三相负荷基本平衡。

电气化铁路目前主要采用交直交电力牵引系统，列车牵引时，牵引系统由受电弓从牵引网获取电能，驱动列车；当列车制动时，牵引系统将列车再生制动能量回送到牵引电网。再生制动能量除部分为同一牵引网上运行的其它牵引的列车利用外，多余能量回送到高压电网。但是电网对列车回送的电能不计费或者返送正计，造成运营电费的增加。此外，一个牵引变电所向左右两个牵引网供电，两个牵引网通常由一个牵引变压器的两个绕组或两个独立变压器分别供电，两个牵引网电能取自电网的不同线电压，两个牵引网的负荷是随机的，由此带来两个问题：其一，牵引变压器一个绕组过载，另一个绕组空载或轻载的情况，牵引变压器容量得不到充分利用；其二、电网侧三相负载不对称，引起电能质量问题。

为解决上述问题，可以采用功率融通装置让牵引变电所两侧牵引网的能量可以流通。功率融通装置又称铁路功率调节器(Railway static Power Conditioner,简称RPC)，也有称作潮流控制器，结构如图1所示。现有功率融通装置由两个降压补偿变压器TR1和TR2和两个“背靠背”的单相PWM整流器构成的补偿变流器组成。变压器TR1和TR2高压侧分别与牵引所两侧的牵引网相连，低压侧分别与1#PWM整流器和2#PWM整流器的交流侧相连；两个PWM整流器的直流侧并联。

通过功率融通装置，牵引所左右两侧牵引网的功率可以相互流动。如果左侧牵引网列车处于制动工况，或者牵引功率小于右侧牵引网上的列车，功率融通装置让左侧牵引网能量向右侧牵引网流动；反之，功率融通装置则让右侧牵引网能量向左侧牵引网流动。这是对功率融通装置直观的理解，实际上功率融通装置的补偿目标是要让牵引负荷从110kV或220kV侧所取的负荷电流i_A、i_B、i_c负序电流满足国标要求，最好是负序电流为0，且功率因数满足国标要求，最好接近1。因此，可以把功率融通装置理解为补偿装置，其要实现的是对牵引负荷所产生的负序、谐波和无功电流进行补偿。目前，无论是大功率机车还是高速动车组均采用交直交牵引传动结构，功率因数接近为1，谐波和无功含量都很小。因此，功率融通装置要补偿的电流i_{a_C}、i_{b_C}、i_{c_C}主要是负序电流(其中i_{c_C}＝i_{c_C1}+i_{c_C2}＝-(i_{a_C}+i_{b_C}))，也就说功率融通装置的容量主要决定于要补偿的负序电流。

设要补偿的牵引负荷的负序电流有效值为I_T-，则有I_{a_C}＝I_{b_C}＝I_{c_C}＝I_T-；设牵引网电压有效值为U_T，则U_ac＝U_bc＝U_T。功率融通装置的补偿变压器TR1和TR2的容量均为I_T-U_T，总容量为2I_T-U_T。功率融通装置的补偿变流器1#PWM整流器和2#PWM整流器容量之和等于变压器TR1和TR2之和，也为2I_T-U_T。