專利名稱：牽引供電系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電能質(zhì)量綜合治理的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種應(yīng)用斯科特(SCOTT)變壓器牽引供電的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
近年來我國電氣化鐵路發(fā)展十分迅速，具有運(yùn)載能力強(qiáng)、行車速度快、節(jié)約能源高、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，為國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展起到了舉足輕重的作用。然而由于電力機(jī)車為大功率單相負(fù)荷，具有非線性、不對稱性和波動(dòng)性等特點(diǎn)，因此，在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的負(fù)序、無功和諧波電流注入電網(wǎng)，使電網(wǎng)電壓波動(dòng)畸變、三相不平衡和功率因數(shù)低，對電力牽引供電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種牽引供電的系統(tǒng)及方法，以實(shí)現(xiàn)對牽引供電系統(tǒng)負(fù)序、無功和諧波的綜合治理。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種牽引供電系統(tǒng)電能質(zhì)量綜合治理的系統(tǒng)，包括第一變壓器、第二變壓器、第一濾波器、第二濾波器、功率調(diào)節(jié)器、電流檢測裝置和控制器；其中所述電流檢測裝置分別與第一供電線和第二供電線相連，用于采集并發(fā)送所述第一供電線和第二供電線的電流信號；
所述控制器分別與電流檢測裝置、第一濾波器、第二濾波器和功率調(diào)節(jié)器相連，用于接收所述第一供電線和第二供電線的第一電流信號，并根據(jù)所述電流信號調(diào)節(jié)所述第一濾波器、第二濾波器和功率調(diào)節(jié)器的容量；所述功率調(diào)節(jié)器分別與第一變壓器和第二變壓器的副邊相連，用于平衡所述第一供電線和第二供電線的有功功率、補(bǔ)償無功功率和濾除諧波；所述第一濾波器和第二濾波器分別與第一變壓器和第二變壓器的副邊相連，用于所述第一供電線和第二供電線的無功功率補(bǔ)償和諧波濾除。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括電流跟蹤控制器和直流側(cè)電壓檢測裝置；其中所述電流跟蹤控制器分別與所述功率調(diào)節(jié)器輸出端和控制器相連，用于采集所述功率調(diào)節(jié)器的輸出第二電流信號，并將所述第二電流信號發(fā)送至控制器中；所述直流側(cè)電壓檢測裝置分別與所述功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)和控制器相連，用于采集所述功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)電壓信號，并將所述電壓信號轉(zhuǎn)換為第三電流信號發(fā)送至控制器中。優(yōu)選地，所述第一電流信號包含有功分量信息和無功分量信息。優(yōu)選地，所述第一變壓器和第二變壓器均為單相多繞組變壓器。優(yōu)選地，所述第一濾波器和第二濾波器均為晶閘管控制濾波器。優(yōu)選地，所述晶閘管濾波器由多組由兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)電容和電抗的支路并聯(lián)組成。優(yōu)選地，所述功率調(diào)節(jié)器由多組由兩個(gè)分別串聯(lián)第一電抗和第二電抗的電壓源變流器背靠背并聯(lián)電容的支路并聯(lián)組成；其中所述每一支路的第一電抗與第一變壓器的副邊相連，第二電抗與第二變壓器的副邊相連。一種牽引供電系統(tǒng)電能質(zhì)量綜合治理的方法，包括采集第一供電線和第二供電線的第一電流信號，并將所述電流信號發(fā)送至控制器；所述控制器根據(jù)所接收的第一電流信號調(diào)節(jié)所述第一濾波器、第二濾波器和功率調(diào)節(jié)器的容量；
經(jīng)過容量調(diào)節(jié)后的功率調(diào)節(jié)器對第一供電線和第二供電線進(jìn)行有功功率平衡、無功功率補(bǔ)償和諧波濾除；經(jīng)過容量調(diào)節(jié)后的第一濾波器和第二濾波器分別對第一供電線和第二供電線的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償和諧波濾除。優(yōu)選地，所述方法還包括采集所述功率調(diào)節(jié)器的輸出第二電流信號，并將所述第二電流信號發(fā)送至控制器中；采集所述功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)電壓信號，并將所述電壓信號轉(zhuǎn)換為第三電流信號發(fā)送至控制器中；控制器根據(jù)所接收的第一電流信號和第二電流信號進(jìn)行滯環(huán)比較，根據(jù)所述直流側(cè)電壓信號進(jìn)行PI調(diào)節(jié)。優(yōu)選地，所述第一電流信號包含有功分量信息和無功分量信息。優(yōu)選地，所述第一濾波器和第二濾波器均為晶閘管控制濾波器。優(yōu)選地，所述晶閘管濾波器由多組由兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)電容和電抗的支路并聯(lián)組成。優(yōu)選地，所述功率調(diào)節(jié)器由多組由兩個(gè)分別串聯(lián)第一電抗和第二電抗的電壓源變流器背靠背并聯(lián)電容的支路并聯(lián)組成；其中所述每一支路的第一電抗與第一變壓器的副邊相連，第二電抗與第二變壓器的副邊相連。從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明公開的牽引供電系統(tǒng)電能質(zhì)量綜合治理的系統(tǒng)，通過電流檢測裝置采集并發(fā)送供電系統(tǒng)中第一供電線和第二供電線的電流信號，控制器根據(jù)接收到的電流信號調(diào)節(jié)第一濾波器、第二濾波器和功率調(diào)節(jié)器的容量，使得第一濾波器和第二濾波器能夠根據(jù)第一供電線和第二供電線上的實(shí)時(shí)負(fù)荷電流進(jìn)行無功功率補(bǔ)償和諧波濾除，功率調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)第一供電線和第二供電線上的實(shí)時(shí)負(fù)荷電流進(jìn)行有功功率平衡、無功功率補(bǔ)償和諧波濾除。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明實(shí)施例公開的一種牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例公開的一種牽引供電方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實(shí)施例公開了一種牽引供電系統(tǒng)及方法，以實(shí)現(xiàn)對牽引供電系統(tǒng)負(fù)序、無 功和諧波的綜合治理。如圖I所示，一種應(yīng)用SCOTT變壓器牽引供電的系統(tǒng)，包括第一變壓器11、第二變壓器12、第一濾波器13、第二濾波器14、功率調(diào)節(jié)器15、電流檢測裝置16和控制器17 ；其中第一變壓器11與SCOTT變壓器的M座相連，第二變壓器與SCOTT變壓器的T座相連；電流檢測裝置16分別與第一供電線18和第二供電線19相連，用于采集并發(fā)送第一供電線18和第二供電線19的第一電流信號；控制器17分別與電流檢測裝置16、第一濾波器13、第二濾波器14和功率調(diào)節(jié)器15相連，用于接收第一供電線18和第二供電線19的電流信號，并根據(jù)電流信號調(diào)節(jié)所述第一濾波器13、第二濾波器14和功率調(diào)節(jié)器15的容量；功率調(diào)節(jié)器15分別與第一變壓器11和第二變壓器12的副邊相連，用于平衡第一供電線18和第二供電線19的有功功率、補(bǔ)償無功功率和濾除諧波；第一濾波器13和第二濾波器14分別與第一變壓器11和第二變壓器12的副邊相連，用于第一供電線18和第二供電線19的無功功率補(bǔ)償和諧波濾除。上述實(shí)施例中，通過電流檢測裝置采集并發(fā)送供電系統(tǒng)中第一供電線和第二供電線的電流信號，控制器根據(jù)接收到的電流信號調(diào)節(jié)第一濾波器、第二濾波器和功率調(diào)節(jié)器的容量，使得第一濾波器和第二濾波器能夠根據(jù)第一供電線和第二供電線上的實(shí)時(shí)負(fù)荷電流進(jìn)行無功功率補(bǔ)償和諧波濾除，功率調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)第一供電線和第二供電線上的實(shí)時(shí)負(fù)荷電流進(jìn)行有功功率平衡、無功功率補(bǔ)償和諧波濾除。具體的，還包括電流跟蹤控制器和直流側(cè)電壓檢測裝置；其中電流跟蹤控制器分別與功率調(diào)節(jié)器的輸出端和控制器相連，用于采集功率調(diào)節(jié)器的輸出第二電流信號，并將所述第二電流信號發(fā)送至控制器中；直流側(cè)電壓檢測裝置分別與功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)和控制器相連，用于采集功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)的電壓信號，并將所述電壓信號轉(zhuǎn)換為第三電流信號發(fā)送至控制器中。具體的，所述的第一電流信號包含負(fù)無功分量和有功分量。具體的，第一變壓器11和第二變壓器12均為單相多繞組變壓器。具體的，第一濾波器13和第二濾波器14均為晶閘管控制濾波器。
具體的，晶閘管濾波器由多組由兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)電容和電抗的支路并聯(lián)組成。具體的，功率調(diào)節(jié)器15由多組由兩個(gè)分別串聯(lián)第一電抗和第二電抗的電壓源變流器背靠背并聯(lián)電容的支路并聯(lián)組成；其中每一支路的第一電抗與第一變壓器的副邊相連，第二電抗與第二變壓器的副邊相連。
如圖2所示，一種牽引供電的方法，包括S101、采集第一供電線和第二供電線的第一電流信號，并將所述電流信號發(fā)送至控制器；具體的，上述第一電流信號中包含負(fù)序電流信號、無功電流信號和諧波電流信號。S102、控制器根據(jù)所接收的第一電流信號調(diào)節(jié)所述第一濾波器、第二濾波器和功率調(diào)節(jié)器的容量；具體的，通過第一電流信號中所包含的有功分量信息可判斷出第一供電線和第二供電線的有功電流大小，為了使第一供電線和第二供電線上的有功電流平衡，需要將兩供電線有功電流的差值的一半通過功率調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)移至有功電流小的供電線上，通過差值大小調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)器的容量；通過第一電流信號中的無功分量信息可判斷出第一供電線和第二供電線上的功率損耗，進(jìn)而通過控制器調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)器、第一濾波器和第二濾波器的容量；通過第一電流信號中的諧波信息可判斷出第一供電線和第二供電線上的諧波大小，進(jìn)而通過控制器調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)器、第一濾波器和第二濾波器的容量。S103、經(jīng)過容量調(diào)節(jié)后的功率調(diào)節(jié)器對第一供電線和第二供電線進(jìn)行有功功率平衡、無功功率補(bǔ)償和諧波濾除；S104、經(jīng)過容量調(diào)節(jié)后的第一濾波器和第二濾波器分別對第一供電線和第二供電線的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償和諧波濾除。在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，為了使對功率調(diào)節(jié)器的容量控制更加準(zhǔn)確，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上還增加了采集所述功率調(diào)節(jié)器的輸出第二電流信號，并將所述第二電流信號發(fā)送至控制器中；采集所述功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)的電壓信號，并將所述電壓信號轉(zhuǎn)換為第三電流信號發(fā)送至控制器中；控制器根據(jù)所接收的第一電流信號和第二電流信號進(jìn)行滯環(huán)比較，根據(jù)電壓信號進(jìn)行PI調(diào)節(jié)。最后，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種牽引供電系統(tǒng)，其特征在于，包括第一變壓器、第二變壓器、第一濾波器、第二濾波器、功率調(diào)節(jié)器、電流檢測裝置和控制器；其中 所述電流檢測裝置分別與第一供電線和第二供電線相連，用于采集并發(fā)送所述第一供電線和第二供電線的電流信號； 所述控制器分別與電流檢測裝置、第一濾波器、第二濾波器和功率調(diào)節(jié)器相連，用于接收所述第一供電線和第二供電線的第一電流信號，并根據(jù)所述電流信號調(diào)節(jié)所述第一濾波器、第二濾波器和功率調(diào)節(jié)器的容量； 所述功率調(diào)節(jié)器分別與第一變壓器和第二變壓器的副邊相連，用于平衡所述第一供電線和第二供電線的有功功率、補(bǔ)償無功功率和濾除諧波； 所述第一濾波器和第二濾波器分別與第一變壓器和第二變壓器的副邊相連，用于所述第一供電線和第二供電線的無功功率補(bǔ)償和諧波濾除。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括電流跟蹤控制器和直流側(cè)電壓檢測裝置；其中 所述電流跟蹤控制器分別與所述功率調(diào)節(jié)器輸出端和控制器相連，用于采集所述功率調(diào)節(jié)器的輸出第二電流信號，并將所述第二電流信號發(fā)送至控制器中； 所述直流側(cè)電壓檢測裝置分別與所述功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)和控制器相連，用于采集所述功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)電壓信號，并將所述電壓信號轉(zhuǎn)換為第三電流信號發(fā)送至控制器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電流信號包含有功分量信息和無功分量信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一變壓器和第二變壓器均為單相多繞組變壓器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一濾波器和第二濾波器均為晶閘管控制濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述晶閘管濾波器由多組由兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)電容和電抗的支路并聯(lián)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述功率調(diào)節(jié)器由多組由兩個(gè)分別串聯(lián)第一電抗和第二電抗的電壓源變流器背靠背并聯(lián)電容的支路并聯(lián)組成；其中 所述每一支路的第一電抗與第一變壓器的副邊相連，第二電抗與第二變壓器的副邊相連。
8.一種牽引供電方法，其特征在于，包括 采集第一供電線和第二供電線的第一電流信號，并將所述電流信號發(fā)送至控制器； 所述控制器根據(jù)所接收的第一電流信號調(diào)節(jié)所述第一濾波器、第二濾波器和功率調(diào)節(jié)器的容量； 經(jīng)過容量調(diào)節(jié)后的功率調(diào)節(jié)器對第一供電線和第二供電線進(jìn)行有功功率平衡、無功功率補(bǔ)償和諧波濾除； 經(jīng)過容量調(diào)節(jié)后的第一濾波器和第二濾波器分別對第一供電線和第二供電線的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償和諧波濾除。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括采集所述功率調(diào)節(jié)器的輸出第二電流信號，并將所述第二電流信號發(fā)送至控制器中；采集所述功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)電壓信號，并將所述電壓信號轉(zhuǎn)換為第三電流信號發(fā)送至控制器中； 控制器根據(jù)所接收的第一電流信號和第二電流信號進(jìn)行滯環(huán)比較，根據(jù)所述直流側(cè)電壓信號進(jìn)行PI調(diào)節(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一電流信號包含有功分量信息和無功分量信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一濾波器和第二濾波器均為晶閘管控制濾波器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述晶閘管濾波器由多組由兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)電容和電抗的支路并聯(lián)組成。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述功率調(diào)節(jié)器由多組由兩個(gè)分別串聯(lián)第一電抗和第二電抗的電壓源變流器背靠背并聯(lián)電容的支路并聯(lián)組成；其中 所述每一支路的第一電抗與第一變壓器的副邊相連，第二電抗與第二變壓器的副邊相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用斯科特(SCOTT)變壓器牽引供電的系統(tǒng)及方法，包括第一變壓器、第二變壓器、第一濾波器、第二濾波器、功率調(diào)節(jié)器、電流檢測裝置和控制器；電流檢測裝置分別與第一供電線和第二供電線相連，控制器分別與電流檢測裝置、第一濾波器、第二濾波器和功率調(diào)節(jié)器相連，功率調(diào)節(jié)器分別與第一變壓器和第二變壓器的副邊相連，第一濾波器和第二濾波器分別與第一變壓器和第二變壓器的副邊相連。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對牽引供電系統(tǒng)負(fù)序、無功和諧波的綜合治理。
文檔編號H02J3/18GK102738810SQ20121022570
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者吳強(qiáng), 吳選保, 周方圓, 周靖, 唐建宇, 張典, 彭勃, 文韜, 朱建波, 楊磊, 毛金平, 石二磊, 蔡蔚, 鄧建華, 邱文俊, 黃燕艷, 龍禮蘭 申請人:株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司