一種增強(qiáng)型鐵路功率調(diào)節(jié)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種增強(qiáng)型鐵路功率調(diào)節(jié)裝置，包括VSC1、VSC2、電容器和增強(qiáng)型控制器，適用于采用SCOTT變壓器的牽引變電所，通過直接采集SCOTT變壓器高壓側(cè)的電氣量，根據(jù)解耦原理對(duì)注入電網(wǎng)的負(fù)序電流和無功功率進(jìn)行閉環(huán)綜合補(bǔ)償，VSC1、VSC2的交流側(cè)接在SCOTT變壓器的兩個(gè)低壓端，通過直流回路傳遞有功功率，并且分別對(duì)各自的無功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得高壓側(cè)注入電網(wǎng)的負(fù)序電流為零并提高功率因數(shù)。本發(fā)明相較于現(xiàn)有采用間接控制方式的鐵路功率調(diào)節(jié)裝置，補(bǔ)償效果更優(yōu)，隨著我國電氣化鐵路、高鐵、城市地鐵等項(xiàng)目的快速發(fā)展，將擁有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種增強(qiáng)型鐵路功率調(diào)節(jié)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)的電能質(zhì)量治理領(lǐng)域，涉及一種牽引變電所的負(fù)序和無功治理裝置，適用于采用SCOTT變壓器的牽引變電所，以牽引變電所電網(wǎng)側(cè)(高壓側(cè))的實(shí)測(cè)電氣量為狀態(tài)反饋量，進(jìn)行閉環(huán)直接控制，是一種增強(qiáng)型鐵路功率調(diào)節(jié)裝置(ERPC, Enhanced Railway Power Conditioner)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)鐵路功率調(diào)節(jié)裝置(RPC,Railway Power Conditioner)的負(fù)序和無功功率補(bǔ)償控制策略為:在SCOTT變壓器(平衡型牽引變壓器)的兩個(gè)低壓側(cè)，分別進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，并進(jìn)行有功功率的交換。其控制目標(biāo)是使得兩個(gè)低壓側(cè)所接的等效負(fù)載相等，并且功率因數(shù)接近I。由于SCOTT變壓器的特性，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)負(fù)載相等時(shí)，理論上高壓側(cè)注入電網(wǎng)的負(fù)序電流為O ;而低壓側(cè)功率因數(shù)接近I時(shí)，高壓側(cè)從電網(wǎng)吸收的無功也近似為O。
[0003]但是這樣的控制系統(tǒng)是一種非直接閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)，實(shí)際運(yùn)行效果會(huì)受到很多不確定因素的干擾。例如，變壓器本身的制造工藝使得兩個(gè)低壓繞組的參數(shù)不完全一致，變壓器自身需要消耗一定的無功，兩個(gè)單相VSC的特性也不完全對(duì)稱等。因而補(bǔ)償效果并不理想，最終注入高壓側(cè)電網(wǎng)的電流仍包含負(fù)序分量，高壓側(cè)的功率因數(shù)也達(dá)不到I。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了提高鐵路功率調(diào)節(jié)裝置運(yùn)行穩(wěn)定性和功率的補(bǔ)償效果，本發(fā)明提出一種增強(qiáng)型鐵路功率調(diào)節(jié)裝置。
[0005]技術(shù)方案:為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種增強(qiáng)型鐵路功率調(diào)節(jié)裝置，包括VSCp VSC2,電容器和增強(qiáng)型控制器；所述VSCp VSC2、電容器的連接與常規(guī)鐵路功率調(diào)節(jié)裝置相同，所述增強(qiáng)型控制器的輸入環(huán)節(jié)既與SCOTT變壓器的高壓側(cè)相連也與SCOTT變壓器的低壓側(cè)相連，具體連接方式為:與裝置相關(guān)聯(lián)的SCOTT變壓器將三相交流電變成兩組隔離的單相交流電，輸出端為T端和M端，牽引負(fù)荷接在T端和M端；所述VSC1JSC2的交流端分別接在T端和M端，直流側(cè)背靠背連接在一起，所述電容器并聯(lián)在VSC1JSC2直流側(cè)之間；所述增強(qiáng)型控制器的輸入環(huán)節(jié)與SCOTT變壓器的高壓側(cè)、SCOTT變壓器的低壓側(cè)、電容器分別相連，增強(qiáng)型控制器的輸出環(huán)節(jié)與VSCpVSC2分別相連。
[0007]進(jìn)一步地，所述增強(qiáng)型控制器包括輸入環(huán)節(jié)、輸出環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)和人機(jī)界面子系統(tǒng)，其中:
[0008]所述輸入環(huán)節(jié)包括高壓交流互感器、低壓交流互感器、直流電壓傳感器和輸入信號(hào)處理單元；高壓交流互感器接在SCOTT變壓器的高壓側(cè)，低壓交流互感器接在SCOTT變壓器的低壓側(cè)，直流電壓傳感器接電容器的兩端，高壓交流互感器、低壓交流互感器、直流電壓傳感器的米樣信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)捷斎胄盘?hào)處理單兀，輸入信號(hào)處理單兀進(jìn)行高壓側(cè)負(fù)序電流和無功電流的實(shí)時(shí)分解計(jì)算，得到電網(wǎng)注入點(diǎn)的正序有功電流、正序無功電流、負(fù)序有功電流、負(fù)序無功電流四組電流分量；
[0009]所述控制環(huán)節(jié)包括VSC1控制模塊和VSC2控制模塊組成，通過對(duì)T端和M端之間有功功率的交換，以及T端和M端各自輸出無功功率的控制，產(chǎn)生作用于VSCp VSC2的控制信號(hào);
[0010]所述輸出環(huán)節(jié)包括PWM生成電路和驅(qū)動(dòng)放大電路，PWM生成電路將控制信號(hào)調(diào)制成PWM控制脈沖，驅(qū)動(dòng)放大電路將PWM控制脈沖放大后驅(qū)動(dòng)VSCp VSC2的電力電子開關(guān)器件；
[0011]所述人機(jī)界面子系統(tǒng)與增強(qiáng)型控制器相連，用于顯示和設(shè)定運(yùn)行參數(shù)。
[0012]進(jìn)一步地，增強(qiáng)型控制器實(shí)時(shí)采集SCOTT變壓器高壓側(cè)三相電流電壓、低壓側(cè)單相電壓和電容器兩側(cè)電壓，采用閉環(huán)控制，直接以SCOTT變壓器高壓側(cè)的實(shí)測(cè)電氣量作為狀態(tài)反饋量，并對(duì)高壓側(cè)注入電網(wǎng)的三相電流進(jìn)行分解，得到電網(wǎng)注入點(diǎn)的正序有功電流、正序無功電流、負(fù)序有功電流、負(fù)序無功電流四個(gè)電流分量，然后根據(jù)解耦原則對(duì)注入電網(wǎng)的無功和負(fù)序分量進(jìn)行綜合補(bǔ)償控制，即背靠背設(shè)置的VSCp VSC2通過直流回路傳遞有功功率，并且各自對(duì)交流側(cè)的無功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，可達(dá)到更為精確的控制目的，使得高壓側(cè)注入電網(wǎng)的負(fù)序電流為零并提聞功率因數(shù)。
[0013]由于SCOTT變壓器的特定結(jié)構(gòu)，不存在零序有功電流和零序無功電流分量。對(duì)于上述可能存在的四組電流分量，其中:正序有功電流是不需要進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?；?fù)序有功電流需要優(yōu)先補(bǔ)償?shù)搅?；正序無功電流和負(fù)序無功電流需要盡量補(bǔ)償?shù)搅?。通常?fù)序無功電流較正序無功電流小，因此進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，可對(duì)負(fù)序無功電流優(yōu)先補(bǔ)償。
[0014]所述VSC1控制模塊用于控制高壓側(cè)負(fù)序有功電流分量為零，優(yōu)先補(bǔ)償負(fù)序無功電流為零；VSC2控制模塊用于控制直流側(cè)電壓為恒定JSC1與VSC2控制模塊配合補(bǔ)償正序無功電流為零。
[0015]本發(fā)明可以帶來的有益效果如下:
[0016](I)通過分別調(diào)整SCOTT變壓器負(fù)荷側(cè)兩個(gè)橋臂上VSC1JSC2的交流輸出，補(bǔ)償牽引機(jī)車消耗的無功功率和調(diào)配兩個(gè)橋臂的不平衡有功功率，最終達(dá)到更直接有效的降低高壓側(cè)負(fù)序電流和提高高壓側(cè)功率因素的目的，此特點(diǎn)與RPC —致，故可以在RPC原有基礎(chǔ)設(shè)施上進(jìn)行改造升級(jí)，便于推廣應(yīng)用。
[0017](2)通過實(shí)時(shí)采集變壓器高壓側(cè)的電氣量作為反饋量，能夠消除系統(tǒng)以及SCOTT變壓器自身一些不可忽略的不平衡因素造成的負(fù)序問題，相對(duì)已有的RPC，可以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的負(fù)序補(bǔ)償效果，理論上能夠?qū)崿F(xiàn)高壓側(cè)負(fù)序電流為零。
[0018](3)通過將高壓側(cè)的電氣量分解，計(jì)算出當(dāng)前系統(tǒng)的無功缺額和負(fù)序電流，有選擇、有針對(duì)的對(duì)負(fù)序和無功進(jìn)行治理，從而可以更精細(xì)的根據(jù)補(bǔ)償容量進(jìn)行相應(yīng)的綜合補(bǔ)償，對(duì)容量的配置以及利用更加的合理。
[0019]綜上所述，本發(fā)明擁有功率因素高，負(fù)序補(bǔ)償效果直接、精確的特點(diǎn)；隨著我國電氣化鐵路、高鐵、城市地鐵等項(xiàng)目的快速發(fā)展，特別是對(duì)負(fù)序、無功功率要求高的區(qū)域，將擁有廣闊的應(yīng)用價(jià)值和前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；[0021]圖2是本發(fā)明中增強(qiáng)型控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0023]如圖1所示的增強(qiáng)型鐵路功率調(diào)節(jié)裝置，包括VSCpVSC2、電容器和增強(qiáng)型控制器；與本裝置相關(guān)聯(lián)的SCOTT變壓器將三相交流電變成兩組隔離的單相交流電，輸出端為T端和M端，牽引負(fù)荷接在T端和M端JSCpVSC2的交流端分別并聯(lián)在T端和M端，直流側(cè)背靠背連接在一起，電容器并聯(lián)在VSC1JSC2直流側(cè)之間；增強(qiáng)型控制器的輸入環(huán)節(jié)與SCOTT變壓器的高壓側(cè)、SCOTT變壓器的低壓側(cè)、電容器分別相連，增強(qiáng)型控制器的輸出環(huán)節(jié)與VSCpVSC2分別相連。
[0024]增強(qiáng)型控制器包括輸入環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)、輸出環(huán)節(jié)和人機(jī)界面子系統(tǒng)。輸入環(huán)節(jié)包括高壓交流互感器HT、低壓交流互感器LT、直流電壓傳感器DCPT和輸入信號(hào)處理單元。高壓交流互感器HT和低壓交流互感器LT分別安置在SCOTT變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)，直流電壓傳感器DCPT接電容器的兩端。從SCOTT變壓器的高壓側(cè)、低壓側(cè)以及直流電容器兩端，分別采集高壓側(cè)三相電流和電壓、低壓側(cè)單相電壓以及直流側(cè)電壓信息。采樣信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)捷斎胄盘?hào)處理單元，輸入信號(hào)處理單元主要進(jìn)行高壓側(cè)負(fù)序電流和無功電流的實(shí)時(shí)分解計(jì)算?？刂骗h(huán)節(jié)通過對(duì)T端和M端之間有功功率的交換，以及T端和M端各自輸出無功功率的控制，產(chǎn)生作用于VSC1JSC2的控制信號(hào)。輸出環(huán)節(jié)將控制信號(hào)經(jīng)調(diào)制生成PWM控制脈沖，并放大后驅(qū)動(dòng)VSC1JSC2的電力電子開關(guān)器件。人機(jī)界面子系統(tǒng)連接增強(qiáng)型控制器的主板，可以完成運(yùn)行參數(shù)顯示、運(yùn)行參數(shù)設(shè)定等功能。
[0025]如圖2所示增強(qiáng)型控制器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖，圖中HT從SCOTT變壓器高壓側(cè)測(cè)量的三相電流信號(hào)IA、Ib和Ic以及三相電壓信號(hào)UA、Ub和Uc ；LT從SCOTT變壓器的T端測(cè)量其電壓值Ut ；DCPT測(cè)量電容器兩端電壓值Udc。測(cè)量值傳輸?shù)捷斎胄盘?hào)處理單元，實(shí)時(shí)計(jì)算出其正序電流和負(fù)序電流的有功分量I1P、I2p和無功分量I1Q、I2q，然后傳輸給控制環(huán)節(jié)。
[0026]控制環(huán)節(jié)主要由VSC1控制模塊和VSC2控制模塊組成。
[0027]VSC1控制模塊又包括T端負(fù)序電流補(bǔ)償控制單元、T端無功電流控制單元。T端負(fù)序電流補(bǔ)償控制單元外環(huán)以I2p為控制量，并設(shè)定其目標(biāo)值為零，從而通過有功量補(bǔ)償高壓
側(cè)的負(fù)序電流。T端無功電流控制單元外環(huán)以
【權(quán)利要求】
1.一種增強(qiáng)型鐵路功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:包括VSCp VSC2、電容器和增強(qiáng)型控制器；所述增強(qiáng)型控制器的輸入環(huán)節(jié)既與SCOTT變壓器的高壓側(cè)相連也與SCOTT變壓器的低壓側(cè)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)型鐵路功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述增強(qiáng)型控制器包括輸入環(huán)節(jié)、輸出環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)和人機(jī)界面子系統(tǒng)； 所述輸入環(huán)節(jié)包括HT、LT、DCPT和輸入信號(hào)處理單元；HT接在SCOTT變壓器的高壓側(cè)，LT接在SCOTT變壓器的低壓側(cè)，DCPT接電容器的兩端，HT、LT、DCPT的采樣信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)捷斎胄盘?hào)處理單元，輸入信號(hào)處理單元進(jìn)行高壓側(cè)負(fù)序電流和無功電流的實(shí)時(shí)分解計(jì)算，得到電網(wǎng)注入點(diǎn)的正序有功電流、正序無功電流、負(fù)序有功電流、負(fù)序無功電流四組電流分量; 所述控制環(huán)節(jié)包括VSC1控制模塊和VSC2控制模塊組成，通過對(duì)T端和M端之間有功功率的交換，以及T端和M端各自輸出無功功率的控制，產(chǎn)生作用于VSQ、VSC2的控制信號(hào)； 所述輸出環(huán)節(jié)包括PWM生成電路和驅(qū)動(dòng)放大電路，PWM生成電路將控制信號(hào)調(diào)制成PWM控制脈沖，驅(qū)動(dòng)放大電路將PWM控制脈沖放大后驅(qū)動(dòng)VSCpVSC2的電力電子開關(guān)器件； 所述人機(jī)界面子系統(tǒng)與增強(qiáng)型控制器相連，用于顯示和設(shè)定運(yùn)行參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的增強(qiáng)型鐵路功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述增強(qiáng)型控制器實(shí)時(shí)采集SCOTT變壓器高壓側(cè)的三相電流電壓、低壓側(cè)單相電壓和電容器兩側(cè)電壓；采用閉環(huán)控制，直接以SCOTT變壓器高壓側(cè)的實(shí)測(cè)電氣量作為狀態(tài)反饋量，并對(duì)高壓側(cè)注入電網(wǎng)的三相電流進(jìn)行分解，得到電網(wǎng)注入點(diǎn)的正序有功電流、正序無功電流、負(fù)序有功電流、負(fù)序無功電流四個(gè)電流分量，然后對(duì)注入電網(wǎng)的無功和負(fù)序分量進(jìn)行綜合補(bǔ)償。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的增強(qiáng)型鐵路功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述增強(qiáng)型控制器對(duì)注入電網(wǎng)的無功和負(fù)序進(jìn)行的綜合補(bǔ)償，包括負(fù)序有功電流需要優(yōu)先補(bǔ)償?shù)搅闱夜β室驍?shù)最高，正序無功電流和負(fù)序無功電流需要盡量補(bǔ)償?shù)搅恪?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增強(qiáng)型鐵路功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述VSC1控制模塊用于控制高壓側(cè)負(fù)序有功電流分量為零，優(yōu)先補(bǔ)償負(fù)序無功電流為零；VSC2控制模塊用于控制直流側(cè)電壓為恒定JSC1與VSC2控制模塊配合補(bǔ)償正序無功電流為零。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK103683305SQ201310689959
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】陳謙, 周錦, 鞠平, 吳恒, 金宇清, 秦川, 孫宇聞 申請(qǐng)人:河海大學(xué)