[发明专利]一种电气化铁路电能质量电磁混合补偿系统

说明书

技术领域

本发明属于电气化铁路电能质量补偿领域，特别涉及一种电气化铁路电能质量电磁混合补偿系统。

背景技术

我国已经有近8000公里的高速铁路顺利开通运营，成为世界上高铁运营速度最快、里程最长的国家。高速铁路负荷采用基于脉宽调制的交-直-交供电策略，与常规电气化铁路机车牵引负荷相比具有瞬时功率大、功率因数高和含有大量高次谐波等特点。高铁负荷作为单相大功率负荷，会产生的大量负序电流，而这些负序电流不仅会引起电机振动和附加损耗，还会引起继电保护误动作，威胁高铁供电系统和电力系统的安全运行。因此有必要对电气化铁路的负序不平衡和谐波问题采取有效的治理措施。

牵引变压器是牵引供电系统与公用电网的连接桥梁，常用的牵引变压器主要有Scott牵引变压器，YNvd牵引变压器，V/V牵引变压器和阻抗平衡变压器。其中，Scott牵引变压器和阻抗平衡变压器是平衡牵引变压器，但是其完全消除负序电流的条件是两侧牵引供电臂负荷相等，这无疑具有很大的随机性。V/V牵引变压器将三相电源转换成两个单相供电电源，供两个相邻的牵引供电臂供电。V/V牵引变压器由于其接线方式简单，容量利用率高的优点，因此得到了广泛使用，因此，本专利选取V/V牵引变压器下的牵引供电系统作为研究对象。

近些年采用无功和平衡化补偿装置成为电铁牵引负荷电能质量补偿的研究热点。静止无功补偿器(Static Var Compensator，SVC)是解决电铁负序和无功问题的一个有效的方法，但是SVC无法解决谐波问题，而且晶闸管控制电抗器(Thyristor Controlled Reactor，TCR)本身也是一个谐波源，会进一步恶化谐波问题。随着电力电子器件的发展，出现了很多基于电力电子器件的电气化铁路有源电能质量综合治理方案。20世纪80年代有日本学者提出了铁路功率调节器(Railway Power Conditioner，RPC)，RPC可以对负序，谐波，无功进行综合补偿。但是RPC补偿需要的补偿容量很大，加之电力电子器件单位容量的造价高昂，因此成本很高，限制了RPC补偿方式的发展。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提出了一种基于RPC和带有磁控电抗器(Magnetic Controlled Reactor，MCR)的磁控静止无功补偿器(Magnetic Static var Compensator，MSVC)的电气化铁路电能质量电磁混合补偿系统。RPC只用来传递有功功率和治理部分谐波，MSVC用来补偿无功功率并通过三次单调谐滤波支路和五次单调谐滤支路滤除系统的三次、五次谐波；采用RPC和MSVC相配合，使无源性的无功补偿装置MSVC降低有源性补偿装置RPC的补偿容量。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种电气化铁路电能质量电磁混合补偿系统，包括铁路功率调节器RPC、两个磁控静止无功补偿器MSVC、V/V牵引变压器；V/V牵引变压器由两个单相变压器接成V/V型，V/V牵引变压器的原边接在三相公共电网上，V/V牵引变压器副边的两个输出端为牵引供电臂；铁路功率调节器RPC、两个磁控静止无功补偿器MSVC分别与牵引供电臂连接。

所述磁控静止无功补偿器MSVC包括磁控电抗器、三次单调谐滤波支路、五次单调谐滤波支路，三者并联连接。

所述铁路功率调节器RPC包括两个共用直流侧的H桥变流器，两个H桥变流器通过公用直流电容器背靠背连接，两个H桥变流器的输出端串联电感后通过降压变压器并联到牵引供电臂上。

本发明中，由于三次、五次单调谐滤波支路在基波电压下显容性，因此滤波支路与磁控电抗器MCR并联组成了磁控静止无功补偿器(MSVC)，MSVC可以分相无功容量。为了降低有源部分的补偿容量，当在供电臂上出现负荷时，RPC传递两侧负荷有功功率差值的一半，然后通过MSVC补偿相应的无功功率，改变供电臂电流相角，以达到完全补偿负序不平衡的目的。

本发明利用RPC和MSVC配合补偿，其中RPC只用来传递有功功率，减小了补偿装置有源部分的补偿容量。采用了基于MCR的MSVC补偿无功，与晶闸管投切无功补偿设备相比，可以根据负荷变化连续平滑地改变补偿容量，动态补偿效果好。与TCR型SVC相比较，MCR输出谐波含量小，采用新型双级磁饱和技术的MCR总谐波含量小于5%，且通过与MCR并联的滤波支路可以起到降低谐波的作用，根据国家谐波标准，MSVC输出谐波满足国家并网设备输出谐波的要求。经过无源LC滤波器和RPC的有源滤波作用，可以完全消除系统中的谐波问题。