CN105790274B - 一种贯通供电系统变流器型牵引变电所潮流调控装置及其调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种贯通供电系统变流器型牵引变电所潮流调控装置及其方法，涉及交流电气化铁路供电领域。包括一座变压器型牵引变电所和若干座变流器型牵引变电所组成的电气化铁路贯通供电系统。调控装置输入端连接变流器型变电所的牵引馈线电流互感器和牵引母线电压互感器，通过光纤连接变压器型变电所的牵引馈线电流互感器及牵引母线电压互感器，其输出端连接变流器型变电所的交直交变流器控制端。调控方法是：以变压器型变电所的电流、电压及功率数据为参考，在牵引母线电压允许范围内，调整变流器型变电所功率使其与变压器型变电所逼近按容量比例分配牵引网上列车负荷的目标。主要用于电气化铁路贯通供电系统。

Description

一种贯通供电系统变流器型牵引变电所潮流调控装置及其调 控方法

技术领域

本发明涉及交流电气化铁路供电领域，尤其涉及贯通供电系统中变流器型牵引变电所潮流调控技术。

背景技术

电气化铁道普遍采用由公用电力系统供电的单相工频交流制，为使单相的牵引负荷在三相电力系统中尽可能平衡分配，电气化铁道往往采用轮换相序、分相分区供电的方案。分相分区处的相邻供电区之间用分相绝缘器隔离，形成电分相，简称分相。电力机车通过电分相的传统方式是手动过分相，主要依靠司机手动进行退级、关辅助机组、断主断路器、靠列车惯性驶过中性段、再合主断路器、合辅助机组、进而恢复牵引功率来完成过分相。这种人工换相方式容易造成电力机车带电通过电分相(过分相)发生燃弧而烧坏接触网悬挂部件，甚至导致相间短路等事故。随着列车速度的不断升高，采用了自动过分相技术，主要有地面开关自动切换过分相、车载自动过分相以及柱上自动过分相等几种，但仍存在开关切换中列车通过电分相的暂态电气过程，易产生较大的操作过电压或过电流，造成牵引网与车载设备烧损等事故，甚至导致自动过分相操作失败，影响供电可靠性和列车安全运行。因此，电分相环节是整个牵引供电系统中最薄弱的环节，列车过分相成为了高速铁路乃至整个电气化铁路牵引供电的瓶颈。

理论和实践表明在牵引变电所采用单相牵引变压器或组合式同相供电技术可以取消其出口处的电分相，在分区所采用双边供电技术可以取消该处的电分相，从而消除供电瓶颈，提高铁路供电能力和运输能力。但值得注意的是，电气化铁路分区所的双边供电类似于电网的合环，其应用受到电网条件的制约，比如电网与牵引网的电压等级较为接近，均衡电流较大，不宜实施双边供电(合环)等，另外，当取电于两个不相联通的电网的牵引变电所需要取消电分相而实施贯通供电时，显然不能采用双边供电(合环)技术，因此，本发明旨在提供一种关于此类贯通供电系统的变流器型牵引变电所的潮流调控系统及其潮流调控方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种贯通供电系统变流器型牵引变电所潮流调控装置及其调控方法，它能有效地解决该贯通供电系统中变流器型牵引变电所潮流调控的设备问题和潮流调控的技术问题。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种贯通供电系统变流器型牵引变电所潮流调控装置及其调控方法，包括牵引变电所和牵引网OCS，牵引变电所原边连接三相电网ABC，次边经牵引母线TB和牵引馈线F连接到牵引网OCS，各牵引变电所之间的牵引网OCS相连以对电气化铁路实施同相贯通供电；该贯通供电系统设置一座使用牵引变压器TT的变压器型牵引变电所，将其记为变电所TS，设其容量为S₀；设置n座使用变压器T串联交直交变流器ADA的变流器型牵引变电所，将第i座变流器型牵引变电所记为变电所CS_i，设其容量为S_i,i＝1,2,…,n,n≥1；变电所TS的馈线断路器K和电流互感器CT₀串联接入变电所TS的牵引馈线F，电压互感器PT₀连接在其牵引母线TB上；变电所CS_i的馈线断路器K和电流互感器CT_i串联接入变电所CS_i的牵引馈线F，电压互感器PT_i连接在其牵引母线TB上；变电所CS_i的潮流调控装置由变电所CS_i的潮流调控器PS_i、该变电所CS_i的电流互感器CT_i、电压互感器PT_i以及光纤网络FO和变电所TS的电流互感器CT₀及电压互感器PT₀共同构成；变电所CS_i的潮流调控器PS_i输入端连接该变电所CS_i的电流互感器CT_i和电压互感器PT_i，通过光纤网络FO连接变电所TS的电流互感器CT₀及电压互感器PT₀，该潮流调控器PS_i输出端连接变电所CS_i交直交变流器ADA_i的控制端。

本发明对牵引变电所潮流调控的方法为：潮流调控器PS_i根据光纤网络FO传来的变电所TS电流互感器CT₀和电压互感器PT₀测得的视在功率s₀与变电所CSi电流互感器CT_i和电压互感器PT_i测得的视在功率s_i比较，再通过变电所CS_i交直交变流器ADA_i的控制端调整其视在功率s_i在牵引母线电压允许范围内逼近目标函数：

s_i:s₀＝S_i:S₀,i＝1,2,…,n,n≥1

即调控变电所CS_i交直交变流器产生的视在功率s_i与变电所TS的视在功率s₀之比逼近变电所CS_i容量S_i与变电所TS容量S₀之比。

还可以进一步简化潮流调控方法，一种贯通供电系统变流器型牵引变电所潮流调控方法，潮流调控器PS_i根据光纤网络FO传来的变电所TS电流互感器CT₀测得的馈线电流I₀与变电所CS_i电流互感器CT_i测得的馈线电流I_i比较，再通过变电所CS_i交直交变流器ADA_i的控制端调整其馈线电流I_i在牵引母线电压允许范围内逼近目标函数：

I_i:I₀＝S_i:S₀,i＝1,2,…,n,n≥1

即调控变电所CS_i交直交变流器产生的馈线电流I_i与变电所TS的馈线电流I₀之比逼近变电所CS_i容量S_i与变电所TS容量S₀之比。

本发明的工作原理是：利用光纤网络传输容量大、速度快的优势和数据同步技术获得异地牵引变电所的同步数据，以一座变压器型牵引变电所(变电所TS)的电流、电压及功率数据为参考，考虑变压器型牵引变电所(变电所TS)和变流器型牵引变电所(变电所CS₁)的容量决定的经济供电因素，并基于交直交变流器调整速度远高于列车负荷变化速度、跟随特性强的技术因素，在牵引母线电压允许范围内，使变电所TS和变电所CS₁逼近按其容量比例分配牵引网上列车负荷的目标，同理，第三座变流器型牵引变电所(变电所CS₂)同样参考变电所TS并使变电所CS₂与变电所TS逼近按其容量比例分配二者份额的目标，同时变电所CS₁按变电所CS₁和变电所TS容量比例目标重新分配其份额，从而逼近变电所CS₁、变电所CS₂和变电所TS三者按其容量比例分配这样一种新的目标，余此类推。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明的潮流调控系统可以用一座变流器型牵引变电所与一座变压器型牵引变电所的数据准确、合理地完成该座变流器型牵引变电所在贯通供电系统的潮流调控与分配，与其他(如果有的话)变流器型牵引变电所在该贯通供电系统的潮流调控相互独立，互不关联。

二、本发明的功率(电流)比的调控方法不受贯通供电系统中其他(如果有的话)采用交直交变流器的变电所调控方法的影响，也不受系统中列车位置与数量及其运行工况(牵引或制动)的影响。

三、与传统的变流器下垂曲线控制方法相比，本发明的功率(电流)比调控方法更灵敏、更准确，使用范围更广；与既有牵引变电所组合式同相供电采用的潮流控制方法相比，本发明的功率(电流)比调控方法可以在不获取(也无法获取)该贯通供电系统中列车总负荷的情况下完成变流器型牵引变电所的潮流调控，并且不受列车位置与数量及其运行工况(牵引或制动)的影响，也不受系统中其他(如果有的话)变流器型牵引变电所调控方法的影响。

四、本发明结构简单，性能优越、技术先进、方法可靠，易于实施。

附图说明

图1是本发明实施例的贯通供电系统及变流器型牵引变电所潮流调控装置配置结构示意图。

图2是本发明实施例的变流器型牵引变电所潮流调控装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例

图1示出，本发明实施例的贯通供电系统及变流器型牵引变电所潮流调控装置配置结构示意图：该贯通供电系统由牵引变电所和牵引网OCS等组成，牵引变电所原边连接三相电网ABC，次边经牵引母线TB和牵引馈线F连接到牵引网OCS，各牵引变电所之间的牵引网OCS相连以对电气化铁路实施同相贯通供电；该贯通供电系统包含一座变压器型牵引变电所，使用牵引变压器TT供电或组合式同相供电，将其记为变电所TS，设其容量为S₀，还有n座变流器型牵引变电所，由变压器T和交直交变流器ADA串联构成，将第i座变流器型牵引变电所记为变电所CS_i，设其容量为S_i,i＝1,2,…,n,n≥1，变电所CS_i的潮流调控器记为PS_i；变电所TS的牵引馈线F串入馈线断路器K和电流互感器CT₀，其牵引母线TB设置电压互感器PT₀；变电所CS_i的牵引馈线F串入馈线断路器K和电流互感器CT_i，其牵引母线TB设置电压互感器PT_i；图中，L1、L2、L3均为列车；变电所CS_i的潮流调控装置由该变电所CS_i的潮流调控器PS_i、电流互感器CT_i、电压互感器PT_i以及光纤网络FO和变电所TS的电流互感器CT₀及电压互感器PT₀共同组成；变电所CS_i的潮流调控器PS_i输入端连接该变电所CS_i的电流互感器CT_i和电压互感器PT_i，通过光纤网络FO连接变电所TS的电流互感器CT₀及电压互感器PT₀，该潮流调控器PS_i输出端连接变电所CS_i交直交变流器ADA_i的控制端，如图中虚线所示，箭头表示信息流动方向。

当变电所CS_i多于2座时，应尽可能将变电所TS设置在靠近系统中间的位置。

图2是本发明实施例的变流器型牵引变电所潮流调控装置结构示意图。亦如图1所示，变电所CS_i的潮流调控装置由该变电所CS_i的潮流调控器PS_i、电流互感器CT_i、电压互感器PT_i以及光纤网络FO和变电所TS的电流互感器CT₀及电压互感器PT₀共同组成；变电所CS_i的潮流调控器PS_i输入端连接该变电所CS_i的电流互感器CT_i和电压互感器PT_i，通过光纤网络FO连接变电所TS的电流互感器CT₀及电压互感器PT₀，该潮流调控器PS_i输出端连接变电所CS_i交直交变流器ADA_i的控制端。

贯通供电系统的变流器型牵引变电所的潮流调控方法是:潮流调控器PS_i根据光纤网络FO传来的变电所TS电流互感器CT₀和电压互感器PT₀测得的视在功率s₀与变电所CSi电流互感器CT_i和电压互感器PT_i测得的视在功率s_i比较，再通过变电所CS_i交直交变流器ADA_i的控制端调整其视在功率s_i在牵引母线电压允许范围内逼近目标函数：

s_i:s₀＝S_i:S₀,i＝1,2,…,n,n≥1

即调控变电所CS_i交直交变流器产生的视在功率s_i与变电所TS的视在功率s₀之比逼近变电所CS_i容量S_i与变电所TS容量S₀之比。

还可以进一步简化潮流调控方法，即:潮流调控器PS_i根据光纤FO传来的变电所TS电流互感器CT₀测得的馈线电流I₀与变电所CS_i电流互感器CT_i测得的馈线电流I_i比较，再通过变电所CS_i交直交变流器ADA_i的控制端调整其馈线电流I_i在牵引母线电压允许范围内逼近目标函数：

I_i:I₀＝S_i:S₀,i＝1,2,…,n,n≥1

即调控变电所CS_i交直交变流器产生的馈线电流I_i与变电所TS的馈线电流I₀之比逼近变电所CS_i容量S_i与变电所TS容量S₀之比。

本发明的工作原理是：利用光纤网络传输容量大、速度快的优势和数据同步技术获得异地牵引变电所的同步数据，以一座变压器型牵引变电所(变电所TS)的电流、电压及功率数据为参考，考虑采用变压器型牵引变电所(变电所TS)和变流器型牵引变电所(变电所CS₁)的容量决定的经济供电因素，并基于交直交变流器调整速度远高于列车负荷变化速度、跟随特性强的技术因素，在牵引母线电压允许范围内，使变电所TS和变电所CS₁逼近按其容量比例分配牵引网上列车负荷的目标，同理，第三座采用(变压器加)交直交变流器的牵引变电所(变电所CS₂)同样参考变电所TS并使变电所CS₂与变电所TS逼近按其容量比例分配二者份额的目标，同时变电所CS₁按变电所CS₁和变电所TS容量比例目标重新分配其份额，从而逼近变电所CS₁、变电所CS₂和变电所TS三者按其容量比例分配这样一种新的目标，余此类推。

Claims (3)

1.一种贯通供电系统变流器型牵引变电所潮流调控装置，包括牵引变电所和牵引网OCS，牵引变电所原边连接三相电网ABC，次边经牵引母线TB和牵引馈线F连接到牵引网OCS，各牵引变电所之间的牵引网OCS相连以对电气化铁路实施同相贯通供电；其特征在于：该贯通供电系统设置一座使用牵引变压器TT的变压器型牵引变电所，将其记为变电所TS，设其容量为S₀；设置n座使用变压器T串联交直交变流器ADA的变流器型牵引变电所，将第i座变流器型牵引变电所记为变电所CS_i，设其容量为S_i,i＝1,2,…,n,n≥1；变电所TS的馈线断路器K和电流互感器CT₀串联接入变电所TS的牵引馈线F，电压互感器PT₀连接在其牵引母线TB上；变电所CS_i的馈线断路器K和电流互感器CT_i串联接入变电所CS_i的牵引馈线F，电压互感器PT_i连接在其牵引母线TB上；变电所CS_i的潮流调控装置由变电所CS_i的潮流调控器PS_i、该变电所CS_i的电流互感器CT_i、电压互感器PT_i以及光纤网络FO和变电所TS的电流互感器CT₀及电压互感器PT₀共同构成；变电所CS_i的潮流调控器PS_i输入端连接该变电所CS_i的电流互感器CT_i和电压互感器PT_i，通过光纤网络FO连接变电所TS的电流互感器CT₀及电压互感器PT₀，该潮流调控器PS_i输出端连接变电所CS_i交直交变流器ADA_i的控制端。

2.用于根据权利要求1所述的一种贯通供电系统变流器型牵引变电所潮流调控装置的调控方法，其特征在于:潮流调控器PS_i根据光纤网络FO传来的变电所TS电流互感器CT₀和电压互感器PT₀测得的视在功率s₀与变电所CSi电流互感器CT_i和电压互感器PT_i测得的视在功率s_i比较，再通过变电所CS_i交直交变流器ADA_i的控制端调整其视在功率s_i在牵引母线电压允许范围内逼近目标函数：

s_i:s₀＝S_i:S₀,i＝1,2,…,n,n≥1

即调控变电所CS_i交直交变流器产生的视在功率s_i与变电所TS的视在功率s₀之比逼近变电所CS_i容量S_i与变电所TS容量S₀之比。

3.根据权利要求2所述的调控方法，其特征在于:潮流调控器PS_i根据光纤网络FO传来的变电所TS电流互感器CT₀测得的馈线电流I₀与变电所CS_i电流互感器CT_i测得的馈线电流I_i比较，再通过变电所CS_i交直交变流器ADA_i的控制端调整其馈线电流I_i在牵引母线电压允许范围内逼近目标函数：

I_i:I₀＝S_i:S₀,i＝1,2,…,n,n≥1

即调控变电所CS_i交直交变流器产生的馈线电流I_i与变电所TS的馈线电流I₀之比逼近变电所CS_i容量S_i与变电所TS容量S₀之比。