[实用新型]一种基于负序注入的高速铁路不平衡优化补偿装置

说明书

本实用新型涉及电气化铁路质量技术领域，具体涉及一种基于负序注入的高速铁路不平衡优化补偿装置，包括三相级联H桥变换器和高速铁路牵引供电系统；高速铁路牵引供电系统包括V/V接线牵引变压器、第一、第二牵引供电臂、钢轨；V/V接线牵引变压器的高压侧连接至电力系统，V/V接线牵引变压器的低压侧分别连接第一、第二牵引供电臂和钢轨，三相级联H桥变换器分别连接第一、第二牵引供电臂和钢轨。该优化补偿装置，与高速铁路负序治理中常见的其他拓扑结构相比，控制简单、无需变压器接入、拓扑结构更为精简、所需补偿容量和安装容量较小、造价较低，在电气化铁路负序不平衡补偿的领域中具有可观的市场前景。

技术领域

本实用新型属于电气化铁路质量技术领域，尤其涉及一种基于负序注入的高速铁路不平衡优化补偿装置。

背景技术

高速铁路电力机车负载为大功率单相负荷，会产生负序电流造成电网电压不平衡。负序电流会对电力系统产生一系列的危害如发电机转子温升增大，产生附加振动；在输电线中造成能量损失，降低线路输送能力；变压器产生能量损失，在铁心磁路中造成附加发热；造成继电保护和自动装置的负序参量启动元件频繁误动作等。因此，高速铁路供电系统的负序问题是高速铁路最为突出的一个电能质量问题。

负序电流的大小与牵引变压器有关。牵引变压器的结构类型有多种，如斯科特变压器，三相VV变压器和阻抗匹配平衡变压器等。其中斯科特变压器和阻抗匹配平衡变压器为平衡变压器，三相VV变压器为不平衡变压器。当三相VV变压器二次侧的两供电臂有功功率相等时，在三相电流侧仍存在50％的负序电流。而三相VV变压器以其结构简单、容量利用率高的优点为高速铁路牵引供电系统采用。因此采用三相VV变压器的高速铁路供电系统的负序优化补偿的装置值得深入研究。

目前负序不平衡补偿方法主要可分为两大类，即Steinmetz补偿方式和RPC补偿方式。Steinmetz补偿方式首先校正各相间负荷功率因数，利用无功补偿将负荷补偿为纯阻性负荷，然后在其余两相间补偿相应的电容和电感，进行平衡化补偿。但是这种补偿方式采用电容补偿的形式，当系统中接入电容负载时，虽然电容负载本身不产生电力谐波，但电容负载会使得电力系统中存在的谐波放大，如果电容负载和电力系统中的感性负载振荡频率与系统固有频率相近，则会造成电力系统谐波无限放大，导致停电事故发生；RPC由基于可关断晶闸管(GTO)的两个组成背靠背结构的单相电压源型逆变器和公共的直流电容组成，该补偿方式利用RPC传递有功功率，传递有功电流值为负载电流的一半，传递方向为负载小的一侧传递到负荷大的一侧，通过这种方式使得两侧牵引负荷功率相等，从而消除负序电流。采用这种方式进行负序补偿时，由于RPC能承受的电压电流水平较低，可靠性不强，需要在RPC两端通过变压器来接入电路，这不仅大大增加了装置成本，还使得有源补偿容量和装置占地面积增加，导致了应用的局限性。此外，对于电能质量问题中的负序不平衡问题，规定的三相电压不平衡度的允许值：A、正常运行时，负序电压不平衡度不超过2％，短时不超过4％；B、接于PCC的每个用户引起的三相电压不平衡度允许值一般为1.3％，短时不超过2.6％。根据PCC的负荷状况及邻近发电机、继电保护装置安全运行要求，其允许值可做适当波动，但是必须满足A中的要求。因此，在实际进行负序补偿时是允许一定的负序电流存在的，但是目前的负序不平衡补偿方法都是按照将负序电流完全消除的情况来考虑，造成了补偿装置安装容量偏高，造价较为昂贵的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的，是提供一种能够在系统中出现负序不平衡时利用三相级联H桥变换器注入一个优化的不平衡补偿电流，在满足国标的要求下尽可能的降低补偿装置所需的安装容量，降低造价的装置。