[发明专利]一种交流牵引网电分相区功率控制装置及方法

说明书

本发明公开了一种交流牵引网电分相区功率控制装置及方法，装置包括：第一变压器、第二变压器、变流模块；所述第一变压器高压侧的输入端用于与供电臂连接，另一端接地；所述第二变压器高压侧的输入端与所述第一变压器高压侧的输入端连接，第二变压器高压侧的输出端用于与中性段连接；所述变流模块设置在所述第一变压器的低压侧与所述第二变压器的低压侧之间。本发明可系统解决牵引供电系统供电品质、列车高速平滑过分相、再生制动能量利用等问题，实现牵引网全线虚拟贯通供电，保障供电系统的安全、经济运行，具有显著的技术及成本优势等优点。

技术领域

本发明涉及列车交流牵引网分相区控制技术领域，尤其涉及一种交流牵引网电分相区功率控制装置及方法。

背景技术

牵引供电系统是保证列车安全、稳定、高效运行的重要基础。目前世界上电气化铁路绝大部分采用单相交流供电系统。单相交流牵引供电系统采用轮换相序、分相分区供电制式，分相分区处的相邻供电臂之间通过空气或绝缘子分隔，形成电分相。

所采用的轮换相序、分相分区交流牵引供电系统原理如图1所示。电力系统提供110kV/220kV/330kV的高压电源，其容量一般较大，可承受较大的短路电流和谐波电流。牵引变压器完成三相-两相电压变换，由于两相功率可能存在非对称性，使得供电系统存在负序电流；同时，相比110kV/220kV/330kV等大电网，牵引供电网的系统容量一般不会太大，由于交直流电传动列车的大量应用，牵引供电系统也存在明显的谐波、无功、电压波动等其他电能质量问题。变压器次边利用馈线将25kV电压联接到牵引网当中，再经接触线、受电弓接入列车，并经钢轨和回流线构成一个完整的回路。通常两相邻供电臂的电压幅值和相位各不相同，两供电臂之间必须设置电分相进行电气隔离。列车过电分相时，必须采取相应的措施完成安全过渡。电分相的存在，不仅影响列车乘坐舒适度和速度，更有可能使得列车掉入无电区，或者导致拉弧，严重情况下甚至烧损牵引网，严重影响系统安全可靠性；并且，由电分相带来的电气隔离会导致供电臂之间无法直接实现再生制动能量融通，能量利用率低，系统效率有待提升。

轮换相序、分相分区供电模式能在一定程度上实现不同供电臂之间的负荷平衡，从而抑制牵引变压器原边负序电流；但由于牵引网负荷具有随机波动性，牵引供电系统仍然存在负序问题。此外，供电系统还存在谐波、无功等其他供电品质问题，影响牵引供电系统的效率及运行稳定性。电分相不仅使得牵引供电系统无法直接实现再生制动能量利用，也导致牵引网存在供电孤岛，限制了列车的平滑连续受流，影响列车牵引功率的持续发挥。目前普遍采用的自动过电分相装置均存在机电过程复杂、动作频繁、可靠性低、使用寿命短等问题。

为解决单相交流牵引供电系统的供电品质、电分相及再生制动能量利用等问题，适应轨道交通“高速重载、高效可靠”的发展需求，广大科研人员提出了同相供电、不断电柔性过分相等极具代表性的解决方案，并进行了工程实践。但其仍然存在系统复杂、开发及运营维护成本高等突出问题。

如何在保持现有单相交流牵引供电系统供电模式及其优点的前提下，采取简单、低成本、高可靠的方式解决其存在的问题，是本发明的目的。从本质上说，要解决现有单相交流牵引供电系统存在的供电品质、过分相、再生能量利用等问题，关键是要实现对电分相区功率的有效控制。为此，本发明专利基于柔性供电技术在交流牵引供电系统中的应用，在无需改造传统单相交流牵引供电系统的前提下，提出一种分相区多功能功率控制装置，能系统解决牵引供电系统供电品质、列车高速平滑过分相、再生制动能量利用等问题，实现牵引网全线虚拟贯通供电，保障供电系统的安全、经济运行，具有显著的技术及成本优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种系统解决牵引供电系统供电品质、列车高速平滑过分相、再生制动能量利用等问题，实现牵引网全线虚拟贯通供电，保障供电系统的安全、经济运行，具有显著的技术及成本优势的交流牵引网电分相区功率控制装置及方法。