一種新型的電氣化鐵路電能質量治理系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于電力系統(tǒng)領域，特別設及一種新型的電氣化鐵路電能質量治理系 統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著高速電氣化鐵路成在中國的大規(guī)模建設，高速鐵路供電系統(tǒng)對電網的電能質 量的影響也越來越嚴重。在高鐵建設中廣泛使用的V/v型帶濾波繞組的牽引變壓器由于結 構上的不平衡，會使網側出現(xiàn)較大的負序電流，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。其次， 電力機車運行時帶來的大量諧波會通過帶濾波繞組的牽引變壓器流入電網，對電網產生污 染。此外，雖然現(xiàn)在高鐵使用的交-直-交型電力機車功率因數(shù)很高，但在支線和貨運線路還 是使用普通的交-直型電力機車，因此運些線路的牽引站功率因數(shù)低的問題依然存在。
[0003] 目前，對于負序的治理，一般是使用Scott型變壓器或平衡變壓器來解決。但由于 許多線路本身不同方向的機車負荷就是不平衡的，在加上機車編組的隨機特性，因此該方 法消除負序的效果并不好，另外運類變壓器的制造成本和使用成本也都較高。諧波的治理 常用濾波支路進行濾波。運種方法雖然能濾除固定次諧波，成本低，但由于電氣化鐵路負載 變化引起的諧振頻率的變化，會抑制無源濾波的效果，甚至產生諧振，影響供電系統(tǒng)穩(wěn)定 性。感應濾波技術通過對變壓器中諧波磁勢的抑制來達到濾波效果。該技術的優(yōu)點是濾波 支路和牽引臂通過電磁感應方式進行濾波，不會對電力機車的整流系統(tǒng)產生影響，但依然 存在無源濾波支路所存在的問題。鐵路功率調節(jié)器(railway static power conditioner, RPC)是針對電氣化鐵路電能質量問題的綜合性解決方案。該系統(tǒng)使用兩個背靠背整流逆變 器將兩個牽引臂連接起來，通過該設備可W動態(tài)均衡兩個橋臂的有功和無功，同時濾除諧 波，從而實現(xiàn)負序、諧波和無功的綜合治理。但由于現(xiàn)有的電力電子模塊級聯(lián)方式很難實現(xiàn) 公共直流母線，兩橋臂間無法進行能量傳遞，因此現(xiàn)有的RPC幾乎都使用了單相變壓器將低 壓的整流逆變器的電流轉變?yōu)楦邏簜鹊碾娏鞯姆桨?。運種方案除了增加制造成本和使用成 本W外，還增大了控制難度，另外變壓器的引入使諧波電流補償?shù)纫箅娏髯兓瘦^快，精 度較高的功能基本很難實現(xiàn)。 【實用新型內容】
[0004] 為了在電氣化鐵路牽引系統(tǒng)中綜合解決各種電能質量問題，保證電網側電能質量 滿足國標的要求，本實用新型提出了一種基于模塊化多電平技術和感應濾波技術的電氣化 鐵路電能質量治理系統(tǒng)。
[0005] -種新型的電氣化鐵路電能質量治理系統(tǒng)，包括帶濾波繞組的牽引變壓器、感應 濾波電路、MMC補償系統(tǒng)、MMC控制器、電壓和電流測量裝置；
[0006] 所述帶濾波繞組的牽引變壓器包括高壓側、牽引側及低壓補償側，所述帶濾波繞 組的牽引變壓器的高壓側與電網相連，牽引變壓器的牽引側與電網牽引臂相連，牽引變壓 器的低壓補償側與MMC補償系統(tǒng)連接；
[0007]所述MMC補償系統(tǒng)包括兩個單相MMC牽引臂組，兩個感應濾波電路和兩個直流側電 容組;所述感應濾波電路與帶濾波繞組的牽引變壓器的低壓補償側相連，所述單相MMC牽引 臂組的一端與帶濾波繞組的牽引變壓器的低壓補償側相連，另一端與直流側電容組相連； [000引每個單相匪C牽引臂組至少包括1個MMC牽引臂單元，每個MMC牽引臂單元至少包括 兩個并聯(lián)的MMC牽引臂模塊，每個MMC牽引臂模塊由串聯(lián)的電抗器和MMC牽引臂組成；
[0009] 所述電抗器與所述帶濾波繞組的牽引變壓器的低壓補償側相連，所述MMC牽引臂 與直流側電容組中的電容相連后接地；
[0010] 所述電壓和電流現(xiàn)慢裝置與所述帶濾波繞組的牽引變壓器的牽引側和MMC牽引臂 相連，且所述電壓和電流測量裝置與所述MMC控制器相連；
[0011] 所述MMC補償系統(tǒng)受控于所述MMC控制器。
[0012] 所述MMC牽引臂包括N個串聯(lián)的SM模塊，N為大于或等于1的整數(shù)。
[0013] 所述感應濾波電路至少包括Ξ組并聯(lián)的LC濾波電路或LCL濾波電路。
[0014] 有益效果
[0015] 1)與平衡變壓器和無源濾波等單一治理方案相比，該系統(tǒng)能夠對電能質量進行綜 合治理。通過直流側調整帶濾波繞組的牽引變壓器的有功和無功，解決電網側負序問題和 兩牽引臂的電壓波動問題，使帶濾波繞組的牽引變壓器的兩個牽引側的輸出功率達到平 衡，同時還能進行諧波抑制和無功補償，是解決電氣化鐵路電能質量問題的綜合性設備。補 償速度快，特別適合于補償由電力機車引起的頻率和幅值快速波動的無功和諧波，不會出 現(xiàn)由于補償頻點變化產生的諧振，保證了系統(tǒng)安全和瞬時電能質量的達標。
[0016] 2)與其他綜合治理裝置不同的是，本系統(tǒng)使用MMC補償系統(tǒng)作為帶濾波繞組的牽 引變壓器的兩個牽引側之間有功和無功交換的渠道。由于MMC系統(tǒng)具有公共直流母線，所W 在模塊級聯(lián)的方式時各MMC牽引臂單元之間可W進行自由的能量流動，因此級聯(lián)的MMC牽引 臂單元可W直接連接到高電壓等級的線路上去，運是而其他級聯(lián)方式裝置必須通過變壓器 才能實現(xiàn)級聯(lián)所不具有的特點，大大提升了成本，運也是MMC能夠在電氣化鐵路上應用的本 系統(tǒng)主要優(yōu)勢。
[0017] 3)級聯(lián)的MMC牽引臂單元通過濾波繞組直接連接到高電壓等級的線路上去，本系 統(tǒng)不再需要使用變壓器做轉換，運種連接方式除了節(jié)省了變壓器的費用W外，還能按照實 際情況對設備耐壓等級和補償側電流大小進行合理的設計，從而提高設備綜合性能。同時， 由于沒有變壓器的影響，電流變化率可W大大提升，使控制精度大幅提高。
[0018] 4)針對固定次諧波，本系統(tǒng)使用感應濾波技術進行諧波濾除。在濾波繞組中產生 超導閉合回路抑制變壓器中的諧波磁鏈，能在減小網側諧波含量的同時減小變壓器的附加 損耗、振動和噪音，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性與運行效率。由于濾波支路與帶濾波繞組的牽引變壓器 的牽引側通過磁禪合，因此系統(tǒng)阻抗不會對濾波支路產生影響，濾波支路也不會對系統(tǒng)的 正常運行產生干擾。
[0019] 5)單相匪C牽引臂組中與帶濾波繞組的牽引變壓器低壓側相連的匪C牽引臂可W 并聯(lián)多條W增大容量和可靠性。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型所述治理系統(tǒng)的電氣部分結構圖；
[0021] 圖2為圖1對應的電氣原理框圖；
[0022] 圖3為MMC牽引臂模塊示意圖，其中，（a)是MMC牽引臂模塊結構，（b)是MMC牽引臂模 塊中SM模塊的電氣結構圖；
[0023] 圖4是帶濾波繞組的牽引變壓器等效模型；
[0024] 圖5是補償電流檢測原理框圖；
[0025] 圖6是本實用新型的控制流程圖；
[0026] 標號說明：1-電網；2-帶濾波繞組的牽引變壓器;3-感應濾波電路;4-單相MMC牽引 臂組;5-直流側電容組。
【具體實施方式】
[0027] 下面將結合附圖和實施例對本實用新型做進一步的說明。
[0028] -種新型的電氣化鐵路電能質量治理系統(tǒng)，包括帶濾波繞組的牽引變壓器、感應 濾波電路、MMC補償系統(tǒng)、MMC控制器、電壓和電流測量裝置；
[0029] 如圖1和圖2所示，所述帶濾波繞組的牽引變壓器2包括高壓側、牽引側及低壓補償 側，所述帶濾波繞組的牽引變壓器的高壓側與電網1相連，帶濾波繞組的牽引變壓器的牽引 側與電網牽引臂相連，帶濾波繞組的牽引變壓器的低壓補償側與MMC補償系統(tǒng)連接；
[0030] 所述MMC補償系統(tǒng)包括兩個單相MMC牽引臂組4,兩個感應濾波電路3和兩個直流側 電容組5;所述感應濾波電路與帶濾波繞組的牽引變壓器的低壓補償側相連，所述單相MMC 牽引臂組的一端與帶濾波繞組的牽引變壓器的低壓補償側相連，另一端與直流側電容組相 連；
[0031] 每個單相匪C牽引臂組至少包括1個MMC牽引臂單元，每