專利名稱：一種電氣化鐵路三相功率補(bǔ)償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電氣化鐵路三相功率補(bǔ)償器，屬于電氣自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電氣化鐵路的供電方式是在鐵路沿線建立若干個(gè)牽引變電站，經(jīng)牽引變壓器降為單相 27. 5kV或55kV后通過牽引網(wǎng)向電力機(jī)車供電。電力機(jī)車采用25kV單相工頻交流電壓， 經(jīng)全波整流后驅(qū)動(dòng)直流牽引電動(dòng)機(jī)，在架空接觸導(dǎo)線和鋼軌之間行駛。電力機(jī)車是一種大 功率單相整流牽引負(fù)荷，其供電和驅(qū)動(dòng)方式?jīng)Q定它具有以下特點(diǎn)
a) 不對(duì)稱性，產(chǎn)生負(fù)序電流，引起電網(wǎng)三相不平衡；
b) 非線性，產(chǎn)生諧波，注入諧波電流，引起電壓波形畸變；
c) 沖擊性負(fù)荷，引起系統(tǒng)電壓波動(dòng)；
d) 功率因數(shù)低， 一般在0.75左右。而且所需要的無功功率動(dòng)態(tài)變化。 電鐵所帶來的電能質(zhì)量問題，對(duì)電網(wǎng)及電網(wǎng)其他用戶、包括電鐵自身都產(chǎn)生了不利影響。
目前鐵路牽引供電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)闹饕侄问窃诠╇姳凵习惭b晶閘管控制電抗 器(TCR)型的靜止無功補(bǔ)償器(SVC)。但是，TCR型在鐵路的應(yīng)用存在很大的局限性。 該產(chǎn)品在單相系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠解決功率因數(shù)問題和部分諧波問題，但是，對(duì)于電力機(jī)車 的瞬時(shí)沖擊性的跟蹤性能不佳，而對(duì)于三相不平衡問題則不能起到作用。采用兩相有源逆 變器背靠背連接的功率控制器是另一種補(bǔ)償方式，但該方式由于有一側(cè)需要采用逆變器的
并聯(lián)連接，等效開關(guān)頻率不高，對(duì)諧波的補(bǔ)償不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種電氣化鐵路三相功率補(bǔ)償器，克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，以解決 電氣化鐵路固有的動(dòng)態(tài)無功、諧波、功率因數(shù)和負(fù)荷不平衡的補(bǔ)償問題。
本發(fā)明提出的電氣化鐵路三相功率補(bǔ)償器，包括一臺(tái)三相隔離變壓器、三臺(tái)連接電抗 器和三臺(tái)單相鏈?zhǔn)綋Q流器；所述的三相隔離變壓器的原邊采用三角形接線方式，三相隔離 變壓器的三相出線端連接到電氣化鐵路的兩相供電臂，三個(gè)副邊繞組的同名端分別連接到 所述的三臺(tái)連接電抗器的一端，三臺(tái)連接電抗器的另一端分別連接到所述的三臺(tái)單相鏈?zhǔn)?換流器的一個(gè)交流輸出端，三臺(tái)單相鏈?zhǔn)綋Q流器的另一個(gè)交流輸出端并接到一起后連接到 所述的三相隔離變壓器的三個(gè)副邊繞組的三個(gè)非同名端。
本發(fā)明提出的電氣化鐵路三相功率補(bǔ)償器，其優(yōu)點(diǎn)是該三相功率補(bǔ)償器采用了三相 鏈?zhǔn)綋Q流器通過隔離變壓器實(shí)現(xiàn)三角形的連接，除可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功的快速補(bǔ)償外，還可以實(shí)現(xiàn)鐵路負(fù)載不平衡負(fù)荷的補(bǔ)償；由于鏈?zhǔn)綋Q流器等效開關(guān)頻率高，也可實(shí)現(xiàn)諧波濾波。 因此該發(fā)明可以有效地解決電氣化鐵路固有的動(dòng)態(tài)無功、諧波、功率因數(shù)和負(fù)荷不平衡的 補(bǔ)償問題。


圖1為本發(fā)明提出的電氣化鐵路功率補(bǔ)償器的應(yīng)用接入電路原理圖。 圖2為本發(fā)明的電氣化鐵路三相功率補(bǔ)償器的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的電氣化鐵路功率補(bǔ)償器其電路原理圖如圖2所示，包括一臺(tái)三相隔離變 壓器1、三臺(tái)連接電抗器2及三臺(tái)單相鏈?zhǔn)綋Q流器3。三相隔離變壓器1的原邊采用三角 形接線方式，三相出線端連接到電氣化鐵路的兩相供電臂，三個(gè)副邊繞組的同名端分別連 接到三臺(tái)連接電抗器2的一端，三臺(tái)連接電抗器2的另一端分別連接到三臺(tái)單相鏈?zhǔn)綋Q流 器3的一個(gè)交流輸出端，三臺(tái)單相鏈?zhǔn)綋Q流器3的另一個(gè)交流輸出端并接到一起后連接到 三相隔離變壓器1的三個(gè)副邊繞組的三個(gè)非同名端。 '
圖l是本發(fā)明的電氣化鐵路功率補(bǔ)償器的應(yīng)用接入電路原理圖。如圖l所示，牽引變 電站從電網(wǎng)引入三相交流電源A、 B、 C，經(jīng)過兩臺(tái)單相變壓器T1和T2 (或其他變壓器降 壓方式)降壓形成兩個(gè)單相牽引交流電源TN相和MN相， 一般N極通過鐵軌接大地。TN 相和MN相分別為鐵路線上的若干臺(tái)牽引機(jī)車提供交流電源，而牽引機(jī)車工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生無 功和諧波電流流入電網(wǎng)，另外由于是單相供電方式，流入電網(wǎng)的電流也是不平衡的。將本 發(fā)明的功率補(bǔ)償器連接到N、 T、 M三個(gè)電源端，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功、不平衡負(fù)荷及諧波電流的 補(bǔ)償。
如圖2所示，本發(fā)明采用三相功率補(bǔ)償器來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功、不平衡負(fù)荷及諧波電流的 補(bǔ)償。三相隔離變壓器(1)除實(shí)現(xiàn)隔離外也實(shí)現(xiàn)降壓，以便能采用合適的電壓等級(jí)的功 率半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)三臺(tái)單相鏈?zhǔn)綋Q流器(3)。三相隔離變壓器(1)的原邊采用三角形連 接以便于實(shí)現(xiàn)不平衡負(fù)荷的補(bǔ)償，原邊三個(gè)接線端N、 T、 M分別接入牽引供電母線N、 T、 M。三相隔離變壓器(1)的三個(gè)副邊繞組的同名端一端分別連接到三臺(tái)連接電抗器(2) 的一端，三臺(tái)連接電抗器(2)的另一端分別連接到三臺(tái)單相鏈?zhǔn)綋Q流器(3)的一個(gè)交流 輸出端，三臺(tái)單相鏈?zhǔn)綋Q流器(3)的另一個(gè)交流輸出端并接到一起后連接到三相隔離變 壓器(1)的三個(gè)副邊繞組的三個(gè)非同名端。單相鏈?zhǔn)綋Q流器由多個(gè)單相電壓源換流器的 交流輸出端串聯(lián)連接形成。
本發(fā)明的電氣化鐵路功率補(bǔ)償器中，三臺(tái)單相鏈?zhǔn)綋Q流器(3)工作于無功補(bǔ)償方式， 其輸出電流可以實(shí)現(xiàn)分相獨(dú)立控制，相應(yīng)地三相隔離變壓器(1)的原邊繞組電流也可以 實(shí)現(xiàn)分相獨(dú)立控制，因此可以根據(jù)不平衡負(fù)荷的電納補(bǔ)償原理實(shí)現(xiàn)牽引母線的不平衡負(fù)荷 補(bǔ)償。此外，由于單相鏈?zhǔn)綋Q流器的等效開關(guān)頻率高，因此也可以實(shí)現(xiàn)多次諧波電流的補(bǔ)償。和采用兩相有源逆變器背靠背連接的功率控制器相比，兩者的成本相當(dāng)，但本發(fā)明的 補(bǔ)償器諧波電流補(bǔ)償性能更高，且在不完全補(bǔ)償方式下運(yùn)行時(shí)，本發(fā)明的補(bǔ)償器能獲得更 高的三相功率因數(shù)。
本發(fā)明的電氣化鐵路功率補(bǔ)償器中，連接電抗器(2)也可以采用三相隔離變壓器(1) 的漏抗實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明也可應(yīng)用于其他類似的負(fù)荷補(bǔ)償場(chǎng)合(如交流電弧爐的不平衡補(bǔ)償)。任何基 于本發(fā)明電路所作的等效變換電路，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種電氣化鐵路三相功率補(bǔ)償器，其特征在于包括一臺(tái)三相隔離變壓器、三臺(tái)連接電抗器和三臺(tái)單相鏈?zhǔn)綋Q流器；所述的三相隔離變壓器的原邊采用三角形接線方式，三相隔離變壓器的三相出線端連接到電氣化鐵路的兩相供電臂，三個(gè)副邊繞組的同名端分別連接到所述的三臺(tái)連接電抗器的一端，三臺(tái)連接電抗器的另一端分別連接到所述的三臺(tái)單相鏈?zhǔn)綋Q流器的一個(gè)交流輸出端，三臺(tái)單相鏈?zhǔn)綋Q流器的另一個(gè)交流輸出端并接到一起后連接到所述的三相隔離變壓器的三個(gè)副邊繞組的三個(gè)非同名端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電氣化鐵路三相功率補(bǔ)償器，屬于電氣自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。包括一臺(tái)三相隔離變壓器、三臺(tái)連接電抗器和三臺(tái)單相鏈?zhǔn)綋Q流器。三相隔離變壓器的原邊采用三角形接線方式，三相隔離變壓器的三相出線端連接到電氣化鐵路的兩相供電臂，三個(gè)副邊繞組的同名端分別連接到所述的三臺(tái)連接電抗器的一端，三臺(tái)連接電抗器的另一端分別連接到三臺(tái)單相鏈?zhǔn)綋Q流器的一個(gè)交流輸出端，三臺(tái)單相鏈?zhǔn)綋Q流器的另一個(gè)交流輸出端并接到一起后連接到三相隔離變壓器的三個(gè)副邊繞組的三個(gè)非同名端。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功的快速補(bǔ)償外及鐵路負(fù)載不平衡負(fù)荷的補(bǔ)償，也可實(shí)現(xiàn)諧波濾波，有效解決了電氣化鐵路固有的動(dòng)態(tài)無功、諧波、功率因數(shù)和負(fù)荷不平衡的補(bǔ)償問題。
文檔編號(hào)H02J3/18GK101478165SQ20091007732
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月17日
發(fā)明者劉文華, 劉文輝, 強(qiáng) 宋, 張秀娟, 李建國, 趙香花, 陳遠(yuǎn)華 申請(qǐng)人:清華大學(xué);北京思源清能電氣電子有限公司