技术摘要：
本发明公开了一种牵引‑补偿变压器的同相供电构造及其补偿方法，涉及电气化铁路供电技术领域。牵引‑补偿变压器原边与三相高压母线HB相连，第一大功率开关器件SVG1的输入、输出端分别与牵引‑补偿变压器次边的第一补偿端口的a1端子和c端子相连，第二大功率开关器件SVG2  全部
背景技术：
我国电气化铁路普遍采用单相工频交流制，牵引负荷本质上作为一种单相电力负 荷，具有单相不对称性，在三相电力系统中产生了以负序为主的电能质量问题。因此电气化 铁路往往采用牵引变压器换相联接、分区供电的方案，在分相、分区供电处设置电分相。理 论和实践表明，电分相是牵引供电系统中最薄弱的环节，因此电分相成为了制约电气化铁 路牵引供电系统以及高速铁路发展的瓶颈。此外采用大功率全控型器件IGBT、IGCT等开发 出的交直交型电力机车已广泛应用于高速和重载铁路，其谐波含量低、功率因数近似于1， 牵引功率相比交直型电力机车有了很大提升，因此大功率单相牵引负荷对三相电力系统产 生的三相不平衡问题将更加突出。 为了彻底取消电分相，同时解决电气化铁路所产生的以负序为主的电能质量问 题，贯通同相供电系统的概念应运而生。通过在牵引变电所内采用单相牵引变压器以及在 分区所处实施双边供电，取消牵引变电所出口处以及两相邻供电分区之间的电分相，并结 合同相补偿装置，对牵引负荷所产生的负序等电能质量问题进行综合治理，最终实现全线 贯通同相供电。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种牵引-补偿变压器的同相供电构造，它能有效地解决牵 引供电与补偿设备共用一台变压器的技术问题。 本发明的另一个目的是提供一种牵引-补偿变压器的同相供电综合补偿方法，它 能有效地解决降低补偿设备的容量，同时实现对电气化铁路牵引负荷所产生的无功和负序 进行实时的综合补偿的技术问题。 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种牵引-补偿变压器的同相供电 构造，包括电气化铁路同相供电牵引变电所CSS内的牵引-补偿变压器TCT，牵引-补偿变压 器TCT的原边共有两组绕组，记为第一原边绕组AB和第二原边绕组BC，且分别引出A、B、C三 端子与三相高压母线HB相连，牵引-补偿变压器TCT的次边共有三组绕组，记为第一次边绕 组ab，第二次边绕组a1b1和第三次边绕组b′c，第一次边绕组ab为牵引端口，在第二次边绕 组a1b1上设有抽头d端子，该抽头d端子以a1端子为基准总匝数的2/3处引出，称为第一引出 方式，或者以a1端子为基准总匝数的 处引出，称为第二引出方式；按照匝数比 设置的抽头d端子得选其一与第三次边绕组b′c的b′端子相连接；所述第二次边绕组a1b1和 第三次边绕组b′c分别构成第一补偿端口的a1端子和c端子，第二补偿端口的c端子和b1端 子以及第三补偿端口的a1端子和d端子；综合补偿设备CCE中第一大功率开关器件SVG1的输 入端、输出端分别与第一补偿端口的a1端子和c端子相连，第二大功率开关器件SVG2的输入 5 CN 111585290 A 说　明　书 2/7 页 端、输出端分别与第二补偿端口的c端子和b1端子相连，第三大功率开关器件SVG3的输入 端、输出端分别与第三补偿端口的a1端子和d端子相连；电压互感器VT、电流互感器CT和控 制器CD构成综合补偿测控系统MCS，其中，电压互感器VT的原边并接于第一次边绕组ab之 间，电流互感器CT的原边串接于第一次边绕组ab的a端子与牵引母线OCS之间，控制器CD的 信号输入端分别与电压互感器VT、电流互感器CT的测量信号输出端相连，控制器CD的信号 输出端与综合补偿设备CCE的控制端相连。 所述牵引-补偿变压器TCT的第二次边绕组上的抽头d端子为第一引出方式时，第 一原边绕组AB的匝数n与第二原边绕组BC的匝数m之间的关系为：n＝m，第二次边绕组a1b1 的匝数n′与第三次边绕组b′c的匝数m′之间的关系为：n′＝3m′；所述牵引-补偿变压器TCT 的第二次边绕组上的抽头d端子为第二引出方式时，第一原边绕组AB的匝数n与第二原边绕 组BC的匝数m之间的关系为：n＝m，第二次边绕组a1b1的匝数n′与第三次边绕组b′c的匝数 m′之间的关系为： 其中n、m、n′以及m′的取值均为大于1的正整数。 若牵引网供电方式为直接供电方式或为带回流线的直接供电方式，则所述牵引- 补偿变压器TCT的第一次边绕组ab的a端子接至牵引母线OCS，b端子与钢轨R和大地相连接； 若牵引网供电方式为AT供电方式，则所述牵引-补偿变压器TCT的第一次边绕组ab的a端子 接至牵引母线OCS，b端子与负馈线F相连接。 本发明的另一个目的是通过以下技术方案来实现的：一种牵引-补偿变压器的同 相供电综合补偿方法，包括上述的牵引-补偿变压器的同相供电构造，其具体步骤为： 步骤一、以三相高压母线HB负序允许量Sε和功率因数值μ为补偿目标； 步骤二、通过综合补偿测控系统MCS的控制器CD对电压互感器VT和电流互感器CT 测量得到的电压和电流值进行计算，得出牵引负荷功率SL和功率因数 的值，并以此判 断牵引负荷负序功率 与负序允许量Sε的关系，以及功率因数 与目标功率因数值μ 的关系，判断方式如下： (1)当 时，若 则投入综合补偿设备CCE对负序和无功进行综合 补偿；若 则综合补偿设备CCE仅对负序进行补偿； (2)当 时，若 则投入综合补偿设备CCE对无功进行补偿；若 则综合补偿设备CCE处于待机状态。 所述牵引-补偿变压器TCT的第二次边绕组上的抽头d端子为第一引出方式时，综 合补偿设备CCE中功率开关器件的工作时序为：当 时，若 则投入第一大 功率开关器件SVG1、第二大功率开关器件SVG2以及第三大功率开关器件SVG3，为三端口补 偿模式，若 则仅投入第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2，简 化为双端口补偿模式；当 时，若 则仅投入第三大功率开关器件SVG3，进 一步简化为单端口补偿模式，若 则第一大功率开关器件SVG1、第二大功率开关 器件SVG2以及第三大功率开关器件SVG3均处于待机状态；所述牵引-补偿变压器TCT的第二 次边绕组上的抽头d端子为第二引出方式时，综合补偿设备CCE中功率开关器件的工作时序 6 CN 111585290 A 说　明　书 3/7 页 为：当 时，投入第一大功率开关器件SVG1、第二大功率开关器件SVG2以及第三大功 率开关器件SVG3，为三端口补偿模式；当 时，若 则仅投入第三大功率开 关器件SVG3，此时简化为单端口补偿模式；若 则第一大功率开关器件SVG1、第二 大功率开关器件SVG2以及第三大功率开关器件SVG3均处于待机状态。 所述三端口补偿模式的具体方案如下： (1)当 且 时，所述牵引-补偿变压器TCT的第二次边绕组上的抽 头d端子若为第一引出方式，则第一大功率开关器件SVG1、第二大功率开关器件SVG2以及第 三 大 功 率 开 关 器 件 S V G 3 所 发 出 的 无 功 功 率 Q 1 、Q 2 和 Q 3 的 大 小 分 别 为 ： 其中K为无功补偿系数，取值范围为0＜K≤1，并由补偿后的功 率因数 所决定， 当牵引负荷处于牵 引工况时，Q1为感性/容性(Q1>0/Q1<0)、Q2为容性/感性(Q2>0/Q2<0)、Q3为容性/感性(Q3>0/Q3 <0)，当牵引负荷处于再生制动工况时，Q1为容性/感性(Q1>0/Q1<0)、Q2为感性/容性(Q2>0/Q2 <0)、Q3为感性/容性(Q3>0/Q3<0)；所述牵引-补偿变压器TCT的第二次边绕组上的抽头d端子 若为第二引出方式，则第一大功率开关器件SVG1、第二大功率开关器件SVG2以及第三大功 率开关器件SVG3所发出的无功功率Q1、Q2和Q3的大小分别为： 其中K为无功补偿系数，取值范围为0＜K≤1，并由补偿后的功率因数 所决定， 当牵引负荷处于牵引工况 时，Q1为感性/容性(Q1>0/Q1<0)、Q2为容性/感性(Q2>0/Q2<0)、Q3为容性，当牵引负荷处于再 生制动工况时，Q1为容性/感性(Q1>0/Q1<0)、Q2为感性/容性(Q2>0/Q2<0)、Q3为感性； (2)当 且 时，所述牵引-补偿变压器TCT的第二次边绕组上的抽 头d端子若为第一引出方式，则第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2所发 出的无功功率Q1和Q2的大小分别为： 此时第三大功率开关器件SVG3处于待机状态，当牵引负荷处于牵引工况时，Q1和Q2分别为感 性和容性，当牵引负荷处于再生制动工况时，Q1和Q2分别为容性和感性；所述牵引-补偿变压 器TCT的第二次边绕组上的抽头d端子若为第二引出方式，则第一大功率开关器件SVG1、第 二大功率开关器件SVG2以及第三大功率开关器件SVG3所发出的无功功率Q1、Q2和Q3的大小 分别为： 当牵引负荷处于牵引工况时，Q1、Q2和Q3分别为感性、容性和容性，当牵引负荷处于再生制动 工况时，Q1、Q2和Q3分别为容性、感性和感性； (3)当 且 时，所述牵引-补偿变压器TCT的第二次边绕组上的抽 头d端子无论为第一引出方式或第二引出方式，则第一大功率开关器件SVG1和第二大功率 7 CN 111585290 A 说　明　书 4/7 页 开关器件SVG2均处于待机状态，第三大功率开关器件SVG3所发出的无功功率Q3的大小为： 其中K为无功补偿系数，取值范围为0＜K≤1，并由补偿后的功率因数 所决定， 当牵引负荷处于牵引工况时，Q3为 容性，当牵引负荷处于再生制动工况时，Q3为感性； (4)当 且 时，所述牵引-补偿变压器TCT的第二次边绕组上的抽 头d端子无论为第一引出方式或第二引出方式，则第一大功率开关器件SVG1、第二大功率开 关器件SVG2以及第三大功率开关器件SVG3均处于待机状态，牵引负荷产生的负序和无功均 满足补偿目标，不需要另行补偿。 与现有技术相比，本发明的有益效果是： 一、本发明所述牵引-补偿变压器，同时拥有牵引端口与补偿端口，实现了牵引变 压器与补偿变压器的共箱制造，功能集成度高，有效地减小了设备占地面积，且牵引端口本 质上为单相变，具有较高的容量利用率，可有效降低设备的安装容量，同时取消牵引变电所 出口处的电分相，实施同相供电，有利于列车再生制动能量得到更高程度的利用，减少电力 用电，提高能量利用率； 二、本发明可以实现对三相电力系统无功和负序的综合补偿，有效地解决了电气 化铁路对三相电力系统所产生的以负序为主的电能质量问题； 三、本发明所述综合补偿设备，本质上通过控制无功潮流的方式实现综合补偿，而 不改变系统的有功潮流，且不传输正序的有功功率，具有免缴容量电费的优势； 四、本发明适用于各种交直型以及交直交型电力机车的无功和负序综合治理，且 综合补偿设备的工况可逆，当牵引负荷处于再生制动工况时，依然可以向电网馈送满足标 准的电能。 附图说明 图1是本发明实施例一所述的同相供电构造拓扑结构示意图。 图2是本发明实施例一所述的适用于AT供电方式的同相供电构造拓扑结构示意 图。 图3是本发明实施例二所述的一种牵引-补偿变压器的拓扑结构示意图。 图4是本发明实施例三所述的综合补偿方法流程示意图。 图5是本发明实施例四所述的综合补偿方法流程示意图。