[发明专利]一种地铁供电系统综合电能质量治理装置及其方法

权利要求书

1.一种地铁供电系统综合电能质量治理装置，其特征在于，包括：静止无功发生器、晶闸管投切电抗器、预充电回路（3）、控制保护系统（4）和交流开关；所述静止无功发生器包括功率单元（1）和电抗器（L10），静止无功发生器与预充电回路（3）相连，功率单元（1）与电抗器（L10）串联，预充电回路（3）再通过交流开关与连接在电网的电源侧；所述晶闸管投切电抗器包括两组以上的电抗器支路，所述电抗器支路包括电抗器（L11～L1n）和电子开关（2），电抗器（L11～L1n）与电子开关（2）串联，电抗器支路通过电子开关（2）并联在电网的负载侧；所述控制保护系统（4）分别与静止无功发生器、晶闸管投切电抗器相连，控制晶闸管投切电抗器中电抗器支路的投入以补偿无功，并控制静止无功发生器补偿无功。

2.根据权利要求1所述的一种地铁供电系统综合电能质量治理装置，其特征在于：电抗器分别与静止无功发生器的功率单元和晶闸管投切电抗器的电抗器支路相连；所述预充电回路（3）包括充电电阻（R）和第三断路器（QF11），所述第三断路器（QF11）并联在充电电阻（R）的两端；所述交流开关包括第一断路器（QF1）、第二断路器（QF2）、第一隔离开关（QS1）和隔离开关（QS11～QS1n）；预充电回路（3）依次通过第一断路器（QF1）、第一隔离开关（QS1）与电网相连；晶闸管投切电抗器的电抗器支路通过各自的隔离开关（QS11～QS1n）连接后，再通过第二断路器（QF2）与电网相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种地铁供电系统综合电能质量治理装置，其特征在于：所述控制保护系统（4）包括A/D采样电路（41）、数模混合电路（42）、PWM形成电路（43）、光电隔离电路（44）、IGBT驱动模块（45）和保护和逻辑模块（46）；A/D采样电路（41）采集模拟量信号，经过数模混合电路（42）的计算，一路输出至保护和逻辑模块（46），保护和逻辑模块（46）再输出信号至静止无功发生器的功率单元（1）和电抗器支路的电子开关（2）中的各开关器件；另一路信号经过PWM形成电路（43）输出PWM波，再经过光电隔离电路（44）和IGBT驱动模块（45）输出至静止无功发生器的功率单元（1）。

4.根据权利要求3所述的一种地铁供电系统综合电能质量治理装置，其特征在于：所述数模混合电路（42）包括FPGA（421）、DSP（422）、双口RAM（423）、算法DSP模块（424）和算法FPGA模块（425）；FPGA（421）将来自A/D采样电路（41）的输入信号交互传输至DSP（422）；双口RAM（423）负责传递DSP（422）和算法DSP模块（424）之间的交互信息；DSP（422）负责进行故障监测和逻辑控制处理，并通过保护和逻辑模块（46）向电子开关（2）输出控制信号；算法DSP模块（424）负责进行算法处理，并通过算法FPGA模块（425）向PWM形成电路（43）输出PWM波。

5.根据权利要求4所述的一种地铁供电系统综合电能质量治理装置，其特征在于：所述A/D采样电路（41）采集负载（5）的电流i_L和经晶闸管投切电抗器补偿后负载（5）的电流i′_L，以及电网电压U；数模混合电路（42）根据负载（5）的电流i_L、电网电压U，以及目标功率因数cosφ计算出负载（5）需要补偿的无功容量，再根据晶闸管投切电抗器和静止无功发生器的容量大小向晶闸管投切电抗器的电抗器支路的电子开关（2）发出不同的投切指令。