專利名稱：一種用svg平衡電氣化鐵路單相負荷的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種提高電氣化鐵道電能質量的平衡電氣化鐵路單相負荷的裝置。
背景技術：
電氣化鐵路是當前我國重點發(fā)展的交通方式，它可以提高鐵路運輸能力、改進鐵路運 營，同時也有利于實現(xiàn)資源的合理分配、降低運營成本、保護生態(tài)環(huán)境等，因此，和其它 牽引方式相比，電氣化在鐵路運輸中顯示出無可比擬的優(yōu)越性。國務院批準的《中長期鐵 路網(wǎng)規(guī)劃》明確，到2020年，我國鐵路總里程將達到100,000km，其中電氣化鐵路為 50,000km，鐵路電氣化率約為50%，承擔的運量比重在80%以上。
鐵路電氣化的飛速發(fā)展在拓展運輸能力、促進經(jīng)濟發(fā)展的同時，也暴露出一些問題和 弊端，尤其是在我國現(xiàn)行電網(wǎng)條件下，電力機車運行時，對供電電網(wǎng)產(chǎn)生了很大的影響。 電力機車的供電和驅動方式?jīng)Q定了大功率單相整流牽引性的負荷特性，因此具有以下特 點
a) 不對稱性，產(chǎn)生負序電流，引起電網(wǎng)三相不對稱；
b) 非線性，產(chǎn)生諧波，引起電壓波形畸變；
c) 沖擊性，引起電壓波動；
d) 功率因數(shù)低。
而且由于電力機車的負載能力和運行速度的不斷提高，功率水平也會大幅度提高，對 電網(wǎng)的沖擊也會相應加大。隨著電氣化鐵路在全國的逐步發(fā)展，如何使其對電力系統(tǒng)的影 響降為最低，成為了必須認真思考和努力解決的問題。
傳統(tǒng)的方法是在110kV側加裝補償裝置，如FC等。但由于電氣化鐵路的負荷隨機性， 僅僅用FC的效果很不理想。如果采用TCR等SVC補償器，由于接入電壓太高，TCR需通 過變壓器才能可靠工作。同時，TCR在工作時還會產(chǎn)生大量的諧波，必須配套相應的FC 才能充分發(fā)揮其作用。所以，整個系統(tǒng)造價很高，占地面積很大，補償功能也很單一。
SVG(Static Var Generator)稱為"靜止無功發(fā)生器"，也稱為靜止同步補償器(Static Synchronous Compensator— STATC0M)，是一種并聯(lián)型無功補償裝置，它基于瞬時無功功率的概念和補償原理，采用全控型丌關器件，輔之以小容量儲能元件所構成。SVG不需要 大容量的電抗器、電容器等儲能元件，大大縮小了裝置的體積和成本；調節(jié)速度快，運行 范圍寬，通過不同的控制，可以實現(xiàn)負荷的連續(xù)調節(jié)；采用PWM控制或多重化的結構，可 使其輸出電流接近正弦波，從而不需附加額外的濾波器。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種用SVG平衡電氣化鐵路單相負荷的裝置，該裝置采用兩 套結構相同的靜止無功發(fā)生器，分別接于低壓側的左右橋臂上，且兩套結構相同的靜止無 功發(fā)生器的直流側電容并聯(lián)，再采用直流母線互聯(lián)的形式構成一個整體。該裝置可顯著改 善電氣化鐵道電能質量，提高功率因數(shù)，降低電能損耗，同時解決了電氣化鐵路牽引負荷 對電網(wǎng)造成的負序、諧波、電壓波動等電能質量問題，有效的保障電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行， 達到節(jié)能增效的目的。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型通過以下技術方案實現(xiàn)
一種用SVG平衡電氣化鐵路單相負荷的裝置，該裝置采用兩套結構相同的靜止無功發(fā) 生器SVG1、SVG2，分別接于低壓側的左右橋臂上，且兩套結構相同的靜止無功發(fā)生器SVG1、 SVG2的直流側電容并聯(lián)構成一個整體。
所述的兩套結構相同的靜止無功發(fā)生器SVG1、 SVG2分別接于低壓側的左右橋臂，再 分別連接設于左右橋臂的固體濾波器FC1、 FC2。
所述的靜止無功發(fā)生器SVG1或SVG2采用兩電平功率單元并聯(lián)多重化的方式實現(xiàn)大容 量和低開關諧波，所述的功率單元采用標準模塊形式，輸入端(交流側)接于變壓器低壓 側，輸出端(直流側)接于直流母線，采用直流母線互聯(lián)的形式構成整體結構。
所述的功率單元采用IGBT或IGCT功率器件。
所述的功率單元中，IGBT1正負母線之間并聯(lián)突波電容C1， IGBT2正負母線之間也并 聯(lián)突波電容C2，同時在正負母線之間的電力電容C4起到儲能和穩(wěn)定直流側電壓的作用。
所述的功率單元具有交流和直流故障隔離功能；在交流側設有接觸器K，在直流側設 有熔斷器FU2i接觸器K一端連接電抗器輸出端，接觸器K另一端連接功率單元IGBT輸入端；熔斷器FU2接于電容器C4輸出端。
所述的功率單元設有過壓保護器SPD，過壓保護器SPD連接熔斷器FU1，兩端與電容 C4并聯(lián)。
所述的功率單元具有上電自充電功能，所述的交流側接觸器K上并聯(lián)有電阻R。
該方法用于電氣化鐵路供電系統(tǒng)的無功功率、諧波電流和負序電流的補償。
與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是
1) '補償負序電流，降低負序電流對電網(wǎng)的污染；
2) 降低母線電壓損失，提高電網(wǎng)電壓水平；
3) 補償無功功率，提高功率因數(shù)；
4) 補償諧波電流，降低諧波電流對電網(wǎng)的污染。
圖1是一種用SVG平衡電氣化鐵路單相負荷的裝置結構原理圖2是SVG的系統(tǒng)結構圖。
具體實施方式
以下結合附圖詳細敘述本實用新型的技術內(nèi)容。
見圖l， 一種用SVG平衡電氣化鐵路單相負荷的裝置，該裝置采用兩套結構相同的靜 止無功發(fā)生器SVG1、 SVG2，分別與變壓器T1、 T2相連接，再分別接于低壓側的左右橋臂 上，靜止無功發(fā)生器SVG1、 SVG2的直流側通過電容C并聯(lián)構成一個整體。靜止無功發(fā)生 器SVG1、 SVG2還分別連接設于左右橋臂的固體濾波器FC1、 FC2。根據(jù)具體情況，本裝置 也可不設置固體濾波器FC1、 FC2。
見圖2，所述的靜止無功發(fā)生器SVG1或SVG2采用兩電平功率單元并聯(lián)多重化的方式 實現(xiàn)大容量和低開關諧波，采用功率單元標準模塊化，便于管理和操作。功率單元輸入端 (交流側)接于變壓器低壓側，功率單元輸出端(直流側)接于直流母線，采用直流母線互聯(lián)的形式構成整體結構。功率單元可采用IGBT或IGCT功率器件。 下面以IGBT功率器件為例，作如下說明。
見圖2， IGBT1正負母線之間并聯(lián)突波電容C1， IGBT2正負母線之間也并聯(lián)突波電容 C2，同時在正負母線之間的電力電容C4起到儲能和穩(wěn)定直流側電壓的作用。
所述的功率單元具有交流和直流故障隔離功能；通過在交流側設有接觸器K，在直流 側設有熔斷器FU2來實現(xiàn)；接觸器K一端連接電抗器輸出端，接觸器K另一端連接功率單 元IGBT輸入端；熔斷器FU2接于電容器C4輸出端。
所述的功率單元具有過壓保護功能，過壓保護器SPD連接熔斷器FU1，兩端與電容C4 并聯(lián)。
所述的功率單元具有上電自充電功能，通過在交流側接觸器K上并聯(lián)電阻R來實現(xiàn)。 該裝置用于電氣化鐵路供電系統(tǒng)的無功功率、諧波電流和負序電流的補償。 下面對本實用新型的原理作如下敘述。
見圖l，以a相供電臂為例，J'。 、 Y。i和J'。c分別為牽引變壓器副邊電流、負載電 流和SVG補償電流，三者有如下關系
L =,a+L (1)
其中，負載電流/。,.又可以分解為有功電流力、無功電流/。以及諧波電流厶等電流分 量，即
^=^+^+4 (2)
從式(1)與(2)可以看出，只要能實時檢測出負載電流人,.中的各電流分量，并控制SVG 功率單元輸出相應的補償電流，則可以實現(xiàn)無功電流補償、諧波電流補償以及綜合補償?shù)?功能
① L.=、 SVG實現(xiàn)無功電流補償功能，此時電網(wǎng)電流/。-Z;+V;
② L=/A: SVG實現(xiàn)諧波電流補償功能，此時電網(wǎng)電流/。=~+/9;③L=!g+!;: SVG實現(xiàn)綜合補償功能，此時電網(wǎng)電流^=!;。
補償負序電流時，SVG1和SVG2構成一個有機整體，以直流側并聯(lián)電容為中介，將不 平衡電流從一個橋臂"分流"到另一橋臂，從而完成負序電流補償功能。也就是說，假定.
一個極端情況，如果a相供電臂有列車通過，而e相供電臂無列車，可以近似認為
<formula>formula see original document page 7</formula> (3) 而(4)
并且，厶,和A,相差很大，兩個供電臂的電流就不相等，反應到110kV側就會使三相 的電流不相等，產(chǎn)生負序電流，嚴重影響電網(wǎng)電能質量。 此時，如果我們通過對SVG的控制，使
<formula>formula see original document page 7</formula>那么
<formula>formula see original document page 7</formula>而a相供電臂的負載電流厶，不變。從而使110kV側的三相電流基本相等，達到平衡負 荷電流的目的。
本裝置己經(jīng)過大量的研究和試驗，用于電氣化鐵路供電系統(tǒng)的無功功率、諧波電流和 負序電流的補償，效果很好。
權利要求1、一種用SVG平衡電氣化鐵路單相負荷的裝置，其特征在于，該裝置采用兩套結構相同的靜止無功發(fā)生器SVG1、SVG2，分別接于低壓側的左右橋臂上，且兩套結構相同的靜止無功發(fā)生器SVG1、SVG2的直流側電容并聯(lián)構成一個整體。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種用SVG平衡電氣化鐵路單相負荷的裝置，其特征在于， 所述的兩套結構相同的靜止無功發(fā)生器SVG1、 SVG2分別接于低壓側的左右橋臂，再分別 連接設于左右橋臂的固體濾波器FC1、 FC2。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種用SVG平衡電氣化鐵路單相負荷的裝置，其特征在于， 所述的靜止無功發(fā)生器SVG1或SVG2采用兩電平功率單元并聯(lián)多重化的方式，所述的功率 單元采用標準模塊形式，輸入端接于變壓器低壓側，輸出端接于直流母線，采用直流母線 互聯(lián)的形式構成整體結構。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種用SVG平衡電氣化鐵路單相負荷的裝置，其特征在于， 所述的功率單元采用IGBT或IGCT功率器件。
5、 根據(jù)權利要求3所述的一種用SVG平衡電氣化鐵路單相負荷的裝置，其特征在于， IGBT1正負母線之間并聯(lián)突波電容Cl， IGBT2正負母線之間也并聯(lián)突波電容C2。
6、 根據(jù)權利要求3所述的一種用SVG平衡電氣化鐵路單相負荷的裝置，其特征在于， 所述的功率單元在交流側設有接觸器K，在直流側設有熔斷器FU2;接觸器K一端連接電 抗器輸出端，接觸器K另一端連接功率單元IGBT輸入端；熔斷器FU2接于電容器C4輸出 端。
7、 根據(jù)權利要求3所述的一種用SVG平衡電氣化鐵路單相負荷的裝置，其特征在于， 所述的功率單元設有過壓保護器SPD，過壓保護器SPD連接熔斷器FU1，兩端與電容C4并 聯(lián)。
8、 根據(jù)權利要求5所述的一種用SVG平衡電氣化鐵路單相負荷的裝置，其特征在于， 所述的交流側接觸器K上并聯(lián)有電阻R。
專利摘要本實用新型涉及一種提高電氣化鐵道電能質量的用SVG平衡電氣化鐵路單相負荷的裝置，該裝置采用兩套結構相同的靜止無功發(fā)生器SVG1、SVG2，分別接于低壓側的左右橋臂上，且兩套結構相同的靜止無功發(fā)生器SVG1、SVG2的直流側電容并聯(lián)構成一個整體。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是1)補償負序電流，降低負序電流對電網(wǎng)的污染；2)降低母線電壓損失，提高電網(wǎng)電壓水平；3)補償無功功率，提高功率因數(shù)；4)補償諧波電流，降低諧波電流對電網(wǎng)的污染。
文檔編號H02J3/26GK201230215SQ20082001404
公開日2009年4月29日 申請日期2008年7月17日 優(yōu)先權日2008年7月17日
發(fā)明者付國良, 蕾 孫, 強 左, 興 李, 曠 李, 董力軍, 郭自勇, 韓國軍 申請人:榮信電力電子股份有限公司