專利名稱：一種電氣化鐵路負序不平衡補償方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電氣化鉄路電能質(zhì)量補充領域，尤其涉及一種電氣化鉄路負序不平衡補償方法。
背景技術：
與常規(guī)電氣化鉄路機車牽引負荷相比，高速鉄路機車牽引負荷具有瞬時功率大、功率因數(shù)高、諧波含量低和負序分量大等特點。我國已有8000多公里的高速鉄路順利開通運營，成為世界上高鐵運營速度最快、里程最長的國家。高速鉄路機車牽引負荷會產(chǎn)生大量負序分量，而這些負序分量不僅會引起電機振動和附加損耗，還會引起繼電保護誤動作，威脅高鐵供電系統(tǒng)和電カ系統(tǒng)的安全運行，所以需采取措施抑制負序分量。目前采用的負序不平衡補償方法主要有(I)將不對稱負荷接到不同的供電點；
(2)采用輪流換相方法，使不對稱負荷合理分配到各相；(3)將不對稱負荷接到更高電壓等級上供電，増加接入點的短路容量；(4)使用施科特(Scott)變壓器和阻抗平衡變壓器等新型變壓器設備等降低不平衡度。上述方法對減小負序不平衡度有一定效果，但對于減小高速鉄路負序不平衡，則效果不明顯。負序不平衡補償是電能質(zhì)量補償?shù)末`個主要方面。近些年采用無功和平衡化補償裝置進行負序不平衡補償成為電氣化鉄路牽引負荷電能質(zhì)量補償?shù)难芯繜狳c，相繼提出了基于斯坦梅茲(Steinmetz)補償理論的三相靜止無功補償器(SVC)優(yōu)化補償方案和鉄路功率調(diào)節(jié)器(Railway Power Conditioner, RPC), RPC可以對負序、諧波、無功進行綜合補償。但存在所需RPC的安裝容量和補償容量大、價格昂貴等問題，因此限制了其推廣和應用。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提出了一種可實現(xiàn)多站協(xié)同補償?shù)碾姎饣F路負序不平衡補償方法，本方法能對電氣化鉄路、特別是高速鉄路的負序不平衡進行補償，與傳統(tǒng)單站補償方式相比，本方法的補償容量大大減小，成本降低，且增強了實用性和可靠性。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案一種電氣化鐵路負序不平衡補償方法，該方法采用輪流換相方法給3n+i站牽引變電站中的3n站安裝鐵路功率調(diào)節(jié)器，η為自然數(shù)，i = 0，I，2，獲取電カ系統(tǒng)母線三相相間
容量x、y、z,假設X彡y彡z,相間容量x、y、z所對應的相間分別為Xx、Xy、Xz,令グ=2こ—;每相鄰三個牽引變電站上所安裝的鉄路功率調(diào)節(jié)器為ー個補償單元，則共有η個補償單元，所述的各補償單元根據(jù)所獲取的相間容量和Y的取值范圍進行如下補償I)當^ K §時，與Xx相間連接的功率調(diào)節(jié)器RPCI和RPC2，分別從Xx相間傳遞大小為的有功功率到Xy和Xz相間，另一功率調(diào)節(jié)器RPC3將大小為的有功功率從Xy相間傳遞至Xz相間，同吋，功率調(diào)節(jié)器RPCl向Xx相間補償大小為的感性無功功率、向Xy相間補償大小為^的容性無功功率，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC2向Xx相間補償大為；的容性無功功率、向Xz相間補償大小為Tlfl—的感性無功功率，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC3向Xy相間補償大小為(n-:^)·]一的容性無功功率、向Xz相間補償大小為Y的感性無功功率；2)當チ< 吋，與Xx相間連接的鐵路功率調(diào)節(jié)器RPCl和RPC2，分別從Xx相間傳
遞大小為I· —的有功功率到Xy和Xz相間，另ー鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC3將大小為的有功功率從Xy相間傳遞到Xz相間，同吋，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPCl向Xx相間補償大小為
---的感性無功功率、向Xy相間補償大小為的容性無功功率，鐵路功
4/3-F χ-ζ
率調(diào)節(jié)器RPC2向Xz相間補償大小為^---^一的容性無功功率、向Xx相間補償大小為
---^一的感性無功功率，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC3向Xy相間補償大小為的容
性無功功率、向乂2相間補償大小為(ポ_^^1ニ的感性無功功率；3)當吋，與Xx相間連接的鐵路功率調(diào)節(jié)器RPCl和RPC2，分別將大小為
和的有功功率從Χχ相間傳遞到Xy和も相間，另ー鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC3將大小為I·〒的有功功率從Xy相間傳遞到Xz相間，同時，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPCl向Xx相間補償大小為ニ的感性無功功率、向Xy相間補償大小為的容性無功功率，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC2向Xz相間補償大小為I· +的感性無功功率、向Xx相間補償大小為—的感性無功功率，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC3向Xy相間補償大小為W Y
的容性無功功率、向Xz相間補償大小為一的感性無功功率。上述各鉄路功率調(diào)節(jié)器獲取電力系統(tǒng)母線三相相間容量X、y、z具體為安裝在高壓等級變電站的電壓互感器和電流互感器實時采集各相的電壓和電流，井根據(jù)采集到的電壓和電流計算出各相間容量，然后將所得各相間容量通過無線傳輸模塊傳輸至各牽引變電站，牽引變電站將各相間容量傳遞給鉄路功率調(diào)節(jié)器的控制電路。所述的控制電路由依次相連的A/D轉換電路、PWM控制器和驅動電路組成，其中，A/D轉換電路用來接收牽引變電站傳遞過來的信號，驅動電路與鉄路功率調(diào)節(jié)器的兩H橋逆變器相連。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下特點本發(fā)明方法在3n+i站牽引變電站中的3n站安裝鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC,通過3n站RPC協(xié)同補償電氣化鉄路電路系統(tǒng)負序不平衡問題，達到了降低電カ系統(tǒng)三相負序不平衡的目的，相比傳統(tǒng)的單站補償方法，本發(fā)明方法減少了 RPC的使用數(shù)量，且RPC的安裝容量和補償容量上都減小了 1/3，從而降低了 本和系統(tǒng)損耗，且系統(tǒng)穩(wěn)定性也得到了提高。


圖I是本發(fā)明中鉄路功率調(diào)節(jié)器RPC的安裝結構圖；圖2是具體實施中的鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC及其控制系統(tǒng)的結構框圖，圖中的VSC為H橋逆變器；圖3是本發(fā)明中補償單元的安裝結構圖；圖4是本發(fā)明在Oi時的補償結果，其中，圖(a)為RPC2的補償結果，圖(b)為RPC3的補償結果，圖(c)為RPCl的補償結果；圖5是本發(fā)明在時的補償結果，其中，圖(a)為RPC2的補償結果，圖(b)為RPC3的補償結果，圖(c)為RPCl的補償結果；圖6是本發(fā)明在；時的補償結果，其中，圖(a)為RPC2的補償結果，圖(b)為
RPC3的補償結果，圖(c)為RPCl的補償結果；圖7是本具體實施中信號采集處理部分的結構框圖。
具體實施例方式下面將結合附圖和實施例對本發(fā)明方法做進ー步說明。圖I為本具體實施所采用的鉄路功率調(diào)節(jié)器(RPC)的安裝結構圖，鉄路功率調(diào)節(jié)器(RPC)主要由背靠背共直流電壓的兩H橋逆變器和兩降壓變壓器構成，鉄路功率調(diào)節(jié)器(RPC)通過兩降壓變壓器安裝在三相V/V接線牽引變壓器二次側的兩供電臂之間，可以在兩供電臂之間傳遞一定量的有功功率，并在相間補償一定量的無功功率。參見圖7，安裝在高壓等級變電站的電壓互感器和電流互感器實時采集電カ系統(tǒng)220kV母線三相的電流和電壓，并根據(jù)電流和電壓得到各相間容量，所得到的各相間容量信號經(jīng)D/A轉換電路轉換后、經(jīng)DSP處理電路計算出用來控制RPC的PWM控制脈沖，將DSP處理電路處理得到的PWM控制脈沖通過基于GPRS的信號發(fā)送電路發(fā)送到安裝在遠方的牽引變電站上的接收電路，所述的接收電路為基于GPRS的信號接收電路，接收電路將接收到的信號傳遞至RPC控制系統(tǒng)，RPC控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的信號、通過基于DSP的PWM控制器控制RPC的工作狀態(tài)。RPC控制系統(tǒng)的結構框圖見圖2，其是由依次相連的A/D轉換電路、PWM控制器和驅動電路組成，本具體實施中所采用的PWM控制器為基于DSP的PWM控制器，驅動電路為EXB841驅動電路，其中，A/D轉換電路用來接收牽引變電站上的接收電路傳遞來的信號、并對接收信號進行轉換，驅動電路用來驅動放大信號。本發(fā)明方法中的鐵路功率調(diào)節(jié)器(RPC)是采用輪流換相方法給3n+i站牽引變電站中的3n站安裝鐵路功率調(diào)節(jié)器，其中，η為自然數(shù)，i = O, I，2，各鐵路功率調(diào)節(jié)器通過圖4中的信號采集處理系統(tǒng)來獲取電カ系統(tǒng)母線的相間容量。在本發(fā)明方法中，可將每相鄰3個牽引變電站上所安裝的鉄路功率調(diào)節(jié)器當作一個補償単元，則共有η個補償単元，各補償單元各自按相同的補償方法進行補償。圖3為補償單元的安裝結構圖，其中，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPCl與CA、AB相間相連，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC2與BC、CA相間相連，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC3與AB、BC相間相連。下面將以圖3中所示的補償單元為例，詳細說明本發(fā)明補償方法的推動過程及其補償方法。假設所獲取的電カ系統(tǒng)CA、AB、BC的相間容量分別為x、y、z，且x彡y彡z。此時將電カ系統(tǒng)分為兩個網(wǎng)絡ー個是x-z、y-z、0的不平衡網(wǎng)絡，對其應進行負序不平衡補償；
另ー個是z、z、z的平衡網(wǎng)絡，不需要負序不平衡補償。以〒作為基準值進行標么化，令
F = 2^rj，O彡Y彡2，上述不平衡網(wǎng)絡可以簡化為2、Y、0。Y取不同值時補償策略不同，下面將討論Y在不同取值區(qū)間下的補償方式I)當ミ吋，首先，RPCl將大小為a的有功功率從CA相間傳到AB相間，RPC2將
大小為a的有功功率從CA相間傳到BC相間，RPC3將大小為f的有功功率從AB相間傳遞到
BC相間。此時電力系統(tǒng)的2、Y、0的網(wǎng)絡變?yōu)?_2a、Y/2+a、Y/2+a的網(wǎng)絡，2_2a、Y/2+a、Y/2+a網(wǎng)絡的可以分為兩個網(wǎng)絡ー是Y/2+a、Y/2+a、Y/2+a的平衡網(wǎng)絡；另ー個是2-3a_Y/2、0、0的不平衡網(wǎng)絡，那么只需要對2-3a-Y/2、0、0的不平衡網(wǎng)絡進行補償即可。根據(jù)斯坦梅茲(Steinmetz)，要完全補償，則需滿足*+&ザ，其中，a為RPCl和
RPC3傳遞的有功功率，b為RPCl和RPC3補償?shù)臒o功功率，c為RPC2補償?shù)臒o功功率，此時，
RPCl、RPC2、RPC3的補償容量分別
權利要求
1.一種電氣化鐵路負序不平衡補償方法，采用輪流換相方法給3n+i站牽引變電站中的3n站安裝鐵路功率調(diào)節(jié)器，η為自然數(shù)，i = O, I, 2，其特征在于，包括步驟 獲取電力系統(tǒng)母線三相相間容量x、y、z,假設X > y > z,相間容量x、y、z所對應的相間分別為Xx、Xy、Xz，令ダ-2 ^ — 一 ; 每相鄰三個牽引變電站上所安裝的鉄路功率調(diào)節(jié)器為ー個補償單元，則共有η個補償単元，所述的各補償單元根據(jù)所獲取的相間容量和Y的取值范圍進行如下補償U當on'吋，與χχ相間連接的功率調(diào)節(jié)器RPCl和RPC2，分別從Xx相間傳遞大小為的有功功率到Xy和Xz相間，另一功率調(diào)節(jié)器RPC3將大小為的有功功率從Xy相間傳遞至Xz相間，同吋，功率調(diào)節(jié)器RPCl向Xx相間補償大小為的感性無功功率、向Xy相間補償大小為—的容性無功功率，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC2向Xx相間補償大為'~γ-的容性無功功率、向Xz相間補償大小為ボ·的感性無功功率，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC3向Xy相間補償大小為(▽-;$)· —「的容性無功功率、向Xz相間補償大小為(iif —的感性無功功率; 2)當I < K 4時，與Xx相間連接的鐵路功率調(diào)節(jié)器RPCl和RPC2，分別從Xx相間傳遞大小為^〒的有功功率到Xy和Xz相間，另ー鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC3將大小為的有功功率從Xy相間傳遞到Xz相間，同吋，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPCl向Xx相間補償大小為—γ-的感性無功功率、向Xy相間補償大小為· ~γ~的容性無功功率，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC2向Xz相間補償大小為^^---^一的容性無功功率、向Xx相間補償大小為---的感性無功功率，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC3向Xy相間補償大小為的容性無功功率、向乂2相間補償大小為(ボ_^^1ー的感性無功功率；3)當子< r s 2時，與Xx相間連接的鐵路功率調(diào)節(jié)器RPCl和RPC2，分別將大小為和的有功功率從Χχ相間傳遞到\和も相間，另ー鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC3將大小為I·〒的有功功率從Xy相間傳遞到Xz相間，同時，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPCl向Xx相間補償大小為^的感性無功功率、向Xy相間補償大小為4·^^·的容性無功功率，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC2向Xz相間補償大小為I· +的感性無功功率、向Xx相間補償大小為的感性無功功率，鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC3向Xy相間補償大小為ボ·〒的容性無功功率、向Xz相間補償大小為:一的感性無功功率。
2.根據(jù)權利要求I所述的電氣化鐵路負序不平衡補償方法，其特征在于 所述的各鉄路功率調(diào)節(jié)器獲取電力系統(tǒng)母線三相相間容量X、I、ζ具體為 安裝在高壓等級變電站的電壓互感器和電流互感器實時采集各相的電壓和電流，井根據(jù)采集到的電壓和電流計算出各相間容量，然后將所得各相間容量通過無線傳輸模塊傳輸至各牽引變電站，牽引變電站將各相間容量傳遞給鉄路功率調(diào)節(jié)器的控制電路。
3.根據(jù)權利要求2所述的電氣化鐵路負序不平衡補償方法，其特征在于 所述的控制電路由依次相連的A/D轉換電路、PWM控制器和驅動電路組成，其中，A/D轉換電路用來接收牽引變電站傳遞過來的信號，驅動電路與鉄路功率調(diào)節(jié)器的兩H橋逆變器相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電氣化鐵路負序不平衡補償方法，本方法在3n+i站牽引變電站中的3n站安裝鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC，通過3n站RPC協(xié)同補償電氣化鐵路電路系統(tǒng)負序不平衡問題，達到了降低電力系統(tǒng)三相負序不平衡的目的，相比傳統(tǒng)的單站補償方法，本發(fā)明方法減少了RPC的使用數(shù)量，且RPC的安裝容量和補償容量上都減小了1/3，從而降低了成本和系統(tǒng)損耗，且系統(tǒng)穩(wěn)定性也得到了提高。
文檔編號H02J3/18GK102694386SQ20121018547
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月7日 優(yōu)先權日2012年6月7日
發(fā)明者張晨萌, 李士杰, 蔡超, 袁佳歆, 陳柏超 申請人:武漢大學