同相供电补偿变流器论文

西 南 交 通 大 学研 究 生 学 位 论 文同相供电补偿变流器年 级 2012 级 姓 名 唐斌 申请学位级别 硕士学位 专 业电气工程及其自动化指 导 老 师 郭育华 二零一五 年 五 月 Classified Index:（此处填国内图书分类号）U.D.C:（此处填国际图书分类号）Southwest Jiaotong UniversityMaster Degree Thesis CO-PHASE POWER COMPENSATION CONVERTERGrade: 2012Candidate: Tang Bin Academic Degree Applied for : MasterSpeciality: Electrical engineering and automationSupervisor: Prof.Yuhua GuoMar, 2015西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1保密，在 年解密后适用本授权书；2不保密，使用本授权书。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名： 指导老师签名：日期： 日期西南交通大学士研究生学位论文 第 II页西南交通大学硕士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在郭育华导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：单相并网技术，其中包括单相锁相环技术，双环闭环控制技术。学位论文作者签名：日期：西南交通大学士研究生学位论文 第 III页西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1、论文讲述了当前铁路系统存在的缺陷，并提出了解决办法 1。选取了同相供电补偿变流器作为研究重点，选择了一种新型同相供电补偿变流器拓扑。本文对此全新拓扑结构做了详细介绍。2、研究了变流器装置中的核心器件-功率单元，提出了一种新的功率单元拓扑结构，单相交直交结构。其中详细介绍了功率单元直流母线电容容量计算、输入 LC 计算、IGBT 容量计算，并根据 IGBT 做了散热仿真。3、研究了单相并网技术，包括单相锁相环，双环闭环控制 2，并根据该算法做了详细的 MATLAB 仿真，验证了算法的可靠性。4、根据仿真和算法，提出了软件设计方案和具体设计流程。5、介绍了产品在工程项目中具体开发过程。学位论文作者签名：日期：西南交通大学士研究生学位论文 第 IV页摘 要同相供电补偿交流器是现在铁路系统的一个重要研究项目和课题，本论文对同相供电补偿当前的技术和意义做了具体的介绍和分析。同相供电补偿变流器作为同相供电技术中最核心的设备，从可靠性或者技术难点来说要求都是非常严格的。本论文根据同相供电补偿变流器的技术原理，搭建了变流器数学模型，并根据数学模式搭建了试验小系统，论文中对试验系统中出现的各种主要问题做了分析，并提出了解决方法。本文首先简单介绍了同相供电的技术原理，从当前铁路供电系统存在的问题，解决方法以及同相供电技术的优势来阐述了同相供电技术的必要性。同时介绍了同相供电补偿变流器的技术和应用，对铁路供电系统的影响和作用。然后本文介绍了同相供电补偿变流器技术原理 3，并根据该技术原理搭建了数学模型，Matlab 仿真，从仿真中验证了同相供电补偿变流器的可行性。接着，根据数学模型搭建了试验小系统，从硬件上介绍了该试验系统的硬件构成，从软件上介绍了该试验系统的软件方案，通过实验数据来衡量和考究本技术在小系统中的可行性和稳定性。最后，根据试验小系统，设计了同相供电补偿变流器大系统。该系统从总体方案，主回路选型等方面做了分析介绍， 论文最后根据大系统调试结果，得出了大系统调试报告。西南交通大学士研究生学位论文 第 12页关键词： 同相供电技术 同相供电补偿变流器 Matlab 仿真 小系统 大系统西南交通大学士研究生学位论文 第 VI页AbstractCo-phase power compensation converter is studied in this paper. Co-phase power converter is one of the most critical equipment in the Co-phase power supply technology, so it is very stringent requirements from the reliability or technical difficulties. This paper built a mathematical model of the converter according to the technical principles with the Co-phase power compensation converter. And built a small test system based on mathematical models, The paper on the major issues that appear in the test system to do the analysis and proposed solutions.First, this paper introduces the technical principles with Co-phase power supply, Railway power supply system from the current problem exists, the solution and the advantages of the in-phase power supply technology to illustrate the necessity of in-phase power supply technology. Describes the role of the Co-phase power converter to compensate in the Co-phase power techniques.Secondly, based on the technical principles and built a mathematical model, and the establishment Matlab simulation model, and verified with the compensation phase power converter feasibility from simulation. And based on a mathematical model to build a small test system, from the hardware describes the hardware of the test system configuration, software program describes the test system from the software, and system debugging test results obtained in accordance with the test report verifies the technical feasibility of small systems.Finally, according to a small test system is designed to compensate the Co-phase power converter large systems. The system from the overall program, the main circuit selection and other aspects were analyzed introduced last, according to the results of a large system debugging, draw a large system commissioning report.key words：Co-phase power supply technology, Co-phase power compensation converter,Matlab simulation, small systems, large system西南交通大学士研究生学位论文 第 7页目录第一章 绪论 .71.1 研究背景及问题提出 .71.2 同相供电的研究现状 .91.3 本文主要研究内容 .101.4 研究意义 .10第二章 同相供电原理 .112.1 现有牵引供电系统结构及特点 .112.2 同相牵引供电系统结构 .112.3 组合式同相供电系统 .122.3.1 单三相组合式同相供电 .122.3.2 单相组合式同相供电 .132.3.3 两种组合式同相供电特点比较 142.4 组合式同相供电的特点与优势 .15第三章 同相供电补偿变流器设计 .153.1系统方案设计 153.1.1 系统原理图设计 .153.1.2 主要技术指标 .173.2 系统参数计算 .183.2.1 系统参数要求 .183.2.2 系统计算 .193.2.3 输入侧计算 .19西南交通大学士研究生学位论文 第 8页3.2.4 输出侧计算 .193.3 功率单元计算 .203.3.1 输入参数信息 .203.3.2 LC/LCL滤波电路 203.3.3 直流母线电容 DC-Link 223.3.4 功率模块 IGBT23第四章 同相供电补偿变流器 Matlab/simulink仿真 274.1 系统结构 .274.1.1 主电路示意图及仿真模型搭建 274.1.2同相供电补偿变流器内部电路示意图和仿真模型搭建 .294.2 控制策略 .304.3 仿真波形 .334.3.1 级联输入侧 .334.3.2 并联牵引侧 .354.4 谐波分析 .374.1.1 级联输入侧 .374.4.2 并联输出牵引侧 .37第五章 同相供电补偿变流器试验系统搭建及报告 395.1 试验系统设计 .395.1.1 试验系统主回路设计 .395.1.2 试验系统结构设计 .405.1.3 试验系统软件设计 .415.2 试验系统测试报告 .415.2.1 有功无功调节功能测试 .41西南交通大学士研究生学位论文 第 9页5.2.2 电流谐波测试 .425.2.3 功率因数测试 .435.2.4 单元故障保护测试 .435.2.5 系统故障保护测试 .44第六章 同相供电补偿变流器样机生产及报告 456.1 样机设计 .456.1.1 功率单元主回路设计 .456.1.2 样机电气回路设计 .456.1.3 样机结构结构设计 .466.1.4 样机实物图片 .486.2 样机厂内测试报告 .506.2.1 样机功率单元测试报告 .506.2.2 样机大系统测试报告 .516.3 样机现场测试报告 .51结论 .53第一章 绪论1.1 研究背景及问题提出我国的铁路动力系统所需的电力系统有过去的 110kV 和 220kV 的高压电路变为现在的 27.5kV 和 25kV 的标准铁路高压设施，如图 1 所表示的。一般情况下接线方式采用的是双绕组或者是多个绕组的方式就行接线，如常见的 I,i(单相)、V,v、Y N 等接西南交通大学士研究生学位论文 第 10页线方式。铁路供电系统的高低主要是有系统对负序电流的承受能力和对它的分流作用，同时牵引变压器的接线方式对于负序电流的抑制也是影响供电系统的重要因素。一般改变其方式以改变其接线方式为多，如把供电臂的某一相接到电力系统的相位上的方法为换相。次方法也是很常用的，可以利用不同相位对铁路的供电系统进行供电，但此方法一般要在电压的变电站处设立一个分相供电的装置，但此装置的设计会对列车的行驶带来一个安全隐患 4。ACBT T T T Bb cb c牵引母线高压母线2 2 0 k V2 2 7 . 5 k V图 1.1 牵引变电所供电示意图为了解决我国铁路运输中出现的问题和困难，成为了一个重要的研究目标，铁路系统的高速和重载已经成为了一种发展的需要。在高速和重载的运行模式下，通过综合的分析和研究，发现采用电力作为牵引力在众多的方案中表现出很强的优势和特点。但由于我国的电气化铁路供电系统技术的不太成熟和技术的空白，使高速和重载采用电力作为牵引力的方案还出现了很多的问题，主要有以下几点： 在异相供电的情况下，为了保证电力系统供电的平衡稳定，其牵引变电一般采用的都是使用三湘进线和换相线相连接的接线方式，从而此方法在 27.5 kV西南交通大学士研究生学位论文 第 11页侧连接电网分相时出现了问题。由于高铁在高速和重载运输时要保证列车连续稳定的受到电弓的受流，由于此电分相的方法在电气和机械设计的角度存在着一定的缺点和不足，不单单是无法提供足弓牵引力，同时也不能够保证足够高和稳定的速度。此方面是整个系统的一个比较缺点和薄弱的地方。采用自动分相装置可以解决此问题，但由于高铁列车的供电电压高，同时换相的频率较多，对自动换相装置的稳定性和准确性及可靠性都是一个挑战。现在我国的过分相技术还在摸索研究当中，国外虽然已进入使用当中，但出现了很多的问题。自动过分相技术不太成熟同时技术也是个难点，需要去研究和攻克的课题。 由于高速和重载都需要很大牵引力，从而就需要很大的电容进行供电，同时又要满足国家对电气化铁道的要求和标准，过去的那种无功补偿技术的异相供电模式已经在新的要求下显得力不从心了。就算是采用对称补偿的方法进行实现，但在技术和经济的条件下也不能达到我们想要的那种状态。 我国的高铁采用的高、中速度的行驶模式，可能会出现交一直-交机车的行驶模式，此模式会出现负序，无功，谐波的情况。会损耗电能的质量，造成浪费，增加成本。牵引力的损失会对机车在运营过程的速度造成很大的影响，从而影响了整体的运营能力。对于出现的问题，解决的方法就是对供电的方式进行调整和规划。其采用同相供电的方法不失为一个不错的方法，牵引变电所采用对称补偿的技术，从而对全线实行同相供电。此方法保证了电能的质量。同相供电模式使供电所和铁道部门都得到了很好的经济价值，同时也减少了技术难题。其比较合理的办法就是采用同相供电模式，尽可能的避免分相供电的模式，西南交通大学士研究生学位论文 第 12页这样可以更好地保证列车的高速和载重时需要的牵引力的问题。1.2 同相供电的研究现状同相供电可以很好的解决了列车在高速和载重的行驶时出现的牵引力不足的问题，可以使我国的高铁建设得到很好的发展和改变，同相供电系统的技术问题会是一个值得研究和思考的重要研究方向，从国外的发展现状来看，日本的新干线是一个比较成熟的结果，日本新干线在同相供电技术上拥有很丰富的理论知识和实践的结果。20世纪，日本就在新干线上投入了大量的心血和科技，通过对电力电子技术的研究发明了新型的单相供电调节器，同时也使用了补偿牵引电压波动时带来的损耗的静止功率调节器 6。纵观当前国内情况，国内对于同相供电技术的研究主要是两个方面，一个0是无源对称补偿，另一个就是运用电力电子设备进行同相供电。1、基于无源对称补偿技术的同相供电系统无源对称补偿技术是通过并联电容来减小和消除单相牵引负荷引起的对供电系统造成的不平衡的补偿技术。其主要的方式是通过使用可调的并联电容或电抗器进行消除和减弱的。从理论上来看每一种接线方式都可以实现三相或者单相的对称，并且可以实现同相供电。通过对普通的对称模式的接线方式的研究，发现许多的问题，如YN，d11 变压器、Vv 变压器等，它们必须安装可调补偿器，但是这些可调补偿器的安装容量就严重的超过了其牵引负荷的容量。这样就严重的增加了设备的成本，造成浪费，同时还会使设备的利用率达不到要求，不能完全的被利用。并且使用这样的接线方式控制设备的方法比较复杂。使用无源对称补偿技术通常只需要在制定的两端口设置补偿的容量就可以了，其操作简单并且这个设计同时还可以实现同相供电的要求。随着现代社会的高速发展，科技的不断发展和进步，电力电子技术和科技和在历史的潮流中蓬勃发展，一大批的新型电力电子技术和产品投放到市场，造福社会。电力电子技术从无到有并逐渐的走向成熟 7，利用 GTO 、IGBT等大功率半导体器件来构西南交通大学士研究生学位论文 第 13页成现代的控制器，从而实现了对同相供电系统的综合补偿，这种方式为电力系统的研究和发展提供了一种新的模式和方法。当前社会的一些潮流的控制器可以提供负载所需要的基波无功电流、负序电流和谐波电流，同时电源仅仅用来提供负载所需的基波有功电流。电源所提供的电流与电源的各项电压相位都是相同的并且是对称的。这样电源仅提供负载所需的有功功率，系统达到了三相单相平衡的目的，实现同相供电。1.3 本文主要研究内容同相供电系统主要由补偿变压器、同相供电补偿变流器、隔离牵引匹配变压器以及协调控制器组成，其中同相供电补偿变流器是整个同相供电系统的核心设备，同相供电的成功与否取决于该设备是否正常工作，所以本文的主要研究内容就是对同相供电补偿变流器研究。本文在查阅大量国内外文献的基础上，主要进行了如下工作：1、从总结上介绍了同相供电技术背景和原理，介绍了新型同相供电技术相比以前的技术优势。2、根据同相供电技术要求，搭建同相供电补偿变流器的数学模型，根据该数学模型，搭建MATLAB/Simulink仿真，验证算法的可行性。3、 根据同相供电技术要求，设计小系统调试平台，在该平台上调试通过仿真的算法，并出具相应的小系统测试报告。4、 根据同相供电实际工程需求，设计变流器工程样机规格书，并完成厂内调试并出具相应的大系统测试报告。西南交通大学士研究生学位论文 第 14页1.4 研究意义伴随着电力电子技术的快速发展和电力电子大功率元件的不断涌现，尤其是灵活交流输电技术(FlecibleAC Transmission System，FACTS)的出现实现电气化铁路同相供电系统的方法。作为同相供电系统中核心设备的同相供电补偿变流器，其主要功能在于提供牵引网有功功率传输，降低电网的负序分量 8；为牵引网提供无功，提高电网的功率因数；为电网提供谐波补偿功能，满足电网的谐波要求。因此，基于同相供电补偿变流器的为同相供电系统在新的电气化铁道中提供的电能质量问题得到了解决，为实现铁道的高速和重载的运营提供了很好的技术保障，为我国的铁道技术跨越做下了坚定的基础和支持。西南交通大学士研究生学位论文 第 15页第二章 同相供电原理2.1 现有牵引供电系统结构及特点当前的牵引供电系统模式如图2.1所示。图2.1为直接供电或BT供电方式下的原牵引供电系统结构图，其中SS为牵引变电所，NS为分相绝缘器，T为接触网，R为轨道。不管是哪一种的供电模式进行供电，它们都需要设置分相绝缘器，原因是因为变电所和相邻变电所处的电压是相同，防止连线。此类系统设计也存在的缺点：当机车过分相时，要通过一系列复杂的操作才能完成。虽然可以采用自动过分相装置可以实现操作的复杂性，但不能消除其带来的影响，无法确保列车的高速和拥有足够的牵引力，不利于铁路的高速和重载的发展要求。由于牵引负荷为变化频率高的单相交流负荷，它往往会在电力系统中产生负序电流，从而造成了三相电压的不稳定和平衡。在高速、重载牵引的作用下，会对电力系统负序、谐波和无功等带来很大的负面作用。如果在高速、重载的模式下采用异相供电的模式，使用传统的模式进行控制的话，其不能满足要求同时也会调高经济费用。所以来说，取缔异分相和电分相，使用同分相，来实现三相平衡，减小和消除其中的负面影响对于我国的铁路朝着高速，载重的方向发展起到至关重要的作用。图2.1 直接供电或者BT供电方式下的原牵引供电系统图结构图西南交通大学士研究生学位论文 第 16页2.2 同相牵引供电系统结构同相牵引供电系统是由牵引网络和同相牵引变电所组成的，如图2.2所示，其同相牵引变电所主要由牵引主变压器和同相供电装置(图中SPCPD所示)构成，其作用如下:(1)变压：(2)平衡变换：(3)补偿负载谐波和无功：同相供电系统主要是由牵引变压器来实现的，现在比较常用的变压器接线方式有YNdl 1接线，Vv接线，其目的是为了平衡变压器平衡变化和滤除谐波，补偿无功的任务主要由变流器完成，变流器主要分为两背靠背单相变流器，三相三桥臂变流器，三相四桥臂变流器等，但采用哪种变流器还主要是有变压器的接线方式以及供电模式二决定的 9，所以要考虑综合原因来决定最后的选择 9。三相电力系统变压器S P C P D同相牵引变电所变压器S P C P D同相牵引变电所馈线机车钢轨图2.2 同相牵引供电系统示意图2.3 组合式同相供电系统2.3.1 单三相组合式同相供电图 2.3 所表示的是在牵引变电所中采用的一种单相三相组合式的同相供电模式西南交通大学士研究生学位论文 第 17页ACBC P TC P DTT T T T Bb cb cbaco牵引母线高压母线2 2 0 k V2 2 7 . 5 k V图 2.3 10kV 牵引变电所单相-三相组合式同相供电方案示意图单相-三相组合式同相供电装置包括 2 台单相牵引变压器（TT、TTB）一主一备运行、补偿变压器 CPT、同相补偿装置 CPD、隔离变压器 T；正常工作时，主要是有牵引变压器 TT 及补偿变压器 CPT、同相补偿装置 CPD、隔离变压器 T 正常工作运行，如备用牵引变压器 TTB 在此时不进行工作；当牵引变压器 TT 不工作时，备用牵引变压器 TTB 会立刻的进入工作代替牵引变压器 TT 的作用。进入工作状态；当补偿变压器或同相补偿装置不在工作时，牵引变压器就开始工作，他开始承受全部的载荷所需要的供电量，但由于考虑到变压器的载荷能力的大小，故补偿变压器 CPT 的容量一般要设计为选为小于或接近同相补偿装置 CPD 的容量；对于单相牵引变压器来说，它要有很强的承载负荷的能力，在某些时候还要提供牵引力所来的作用和功能，如一些无功功率和谐波补偿电流 10，来办证设备和铁路系统的正常运行。西南交通大学士研究生学位论文 第 18页2.3.2 单相组合式同相供电下图 2.4 所示是单相组合式的同相供电模式的设计方案图。ACBC P TC P DTT T T T Bb cb ca牵引母线高压母线2 2 0 k V2 2 7 . 5 k Vb c图 2.4 10kV 牵引变电所单相-三相组合式同相供电方案示意图单相组合式同相供电装置主要是由 2 台单相牵引变压器（TT、TTB） 、补偿降压变压器 CPT、同相补偿装置 CPD、隔离变压器 T；其中两个牵引变压器一个为主要工作变压器，另一个为备用变压器。当设备正进行工作时主牵引变压器开始工作，同时其他设备也进行工作，当主牵引变压器不工作时，备用变压器进行工作从而来代替主变压器的功能同时补偿变压器或同相位的补偿装置也不在进行工作。2.3.3 两种组合式同相供电特点比较两种组合式同相供电特点如表 2.1 所示：方案 1三相组合式同相供电方案 2单相组合式同相供电西南交通大学士研究生学位论文 第 19页表 2.1 两种不同组合同相供电的对比本文研究的同相供电补偿变流器用于单相-三相组合式同相供电方式。2.4 组合式同相供电的特点与优势(1) 可以减少同相变电所得资金投入。(2)模块级、单元级等备用方式可以提高其性能的稳点性和利用率以及提高运行效率。(3)提高牵引变电所的供电资源与设备利用率，提高容量的利用，减少了费用。(4)提高了同相牵引供电设备的适应性和高效性。(5)单三相组合式可以把过大的电流接地；单相组合式可节省占地。(6)可用于不同的供电方式。适用场合 适用于原来的铁路建设和新建的题录建设新建线路建设负序电压 是可以进行加以控制的，从而满足和适合国家负序电压国家标准的要求是可以进行加以控制的，从而满足和适合国家负序电压国家标准的要求优点 高压线路旁边设定的有中性点，可以将过大的电流引入地下，更加的安全；YNdll 接线可提供三相对称电源单相牵引变压器的容量虽不大，但是它的利用率很高，同时它的设计是把单相秦逸变压器和高压变压器设计到一起，从而较小了体积，减少了占地面积。缺点 YNd11型的接线式变压器容量较大，但是不能被完全的利用，造成了很大的浪费。若单相牵引变压器和单相高压匹配变压器分箱布置，则两者在高压侧有电气联系，不独立。西南交通大学士研究生学位论文 第 20页第三章 同相供电补偿变流器设计3.1系统方案设计3.1.1 系统原理图设计如图 3.1 所示，为补偿变流器供电示意图。ACBC P TC P DTT T T T Bb cb cbaco牵引母线高压母线2 2 0 k V2 2 7 . 5 k V图 3.1 补偿变流器供电示意图西南交通大学士研究生学位论文 第 21页R C5 / 2 0 0 WK M 1 1 2 0 0 AD C 1K M C 1 5 0 AR C5 / 2 0 0 WK M 2 1 2 0 0 AD C 2K M C 2 5 0 AR C5 / 2 0 0 WK M 1 0 1 2 0 0 AD C 1 0K M C 1 0 5 0 A55kV L 1L 2Q F 2T R 1 5 M V AT R 2 5 M V AAC10kVA C 2 2 0 k VDC1500V-DC1800V1 # 模块2 # 模块X # 模块图 3.2 补偿变流器系统方案图设计的补偿变压器系统的设计方案如图 3.2 所示，定义：输入侧（CPD_IN）：指系统右边端口，H 桥级联，通过 L1 电抗器连接 10kV 变压器；输出侧（CPD_OUT）：指为系统的做端口，也就是变压的左端口，同时要连接在 55KV 的电网中；输入变压器（IN_TR）：TR1，系统图中右侧变压器，三相 220kV 变单相 10kV，输出变压器（OUT_TR）：TR2，系统图中左侧多副边变压器，原边为 55kV，副边为多低压绕组裂变式变压器 11；功率单元（PC）：逆变器的主要构成部分，由“背靠背”的 H 桥构成，主要部件为 IGBT、直流支撑电容、控制板构成；功率单元逆变侧（PC_INV）：指功率单元靠近输出一侧的 H 桥部分，作为系统西南交通大学士研究生学位论文 第 22页的功率输出端口；功率单元输入侧（PC_COV）：指功率单元靠近输入一侧的 H 桥部分，作为系统的功率输入端口输入电抗器（IN_IND）：输入的电抗器采用级联同时再并联的电抗器；输出电抗器（OUT_IND）：功率单元逆变侧输出连接的电抗器；直流电容（DC_CAP）：采用的是功率单元直流母线上的支撑电容；3.1.2 主要技术指标技术指标 参数 备注容量 2*5MVA额定电压输入：10kV 高压链式结构中间直流环节：1000-1150V输出：680V 多重化结构额定电流 输入侧：623A/单台输出侧：655A/单台稳定工作范围经隔离变压器 T 输出的接触线额定电压为55kV，此电压在 4258kV 为全功率，3863kV为降额运行器件开关频率 800 Hz等值开关频率 12 kHz基本性能在协调控制器的控制下，可双向传输有功功率，各端可独立发出感性或容性无功功率、谐波电流（13 次以下）响应速度 变流器对于有功功率及无功功率控制的响应速度不大于 10ms功率因数 有功输出时在降压或隔离变压器高压侧测得的功率因数应不低于 0.98交流侧谐波电压畸变 1.5%交流侧谐波电流畸变 3%西南交通大学士研究生学位论文 第 23页效率（不含变压器） 98%冷却方式 水风冷却冷却系统额定散热量 2*120kW信号接口采用是是通过硬接线的方式和协调控制器接口连接。需变电所配套的系统信号：（1）220kV 母线 PT，主牵引变压器、高压匹配变压器 HMT 220kV 侧 CT；（2）227.5kV 母线 PT，各馈线CT、牵引匹配变压器 TMT 的 227.5kV 侧CT。 （3）系统信号规格：PT 100V、CT 1A，精度 0.2%-0.5%。控制电源容量 需变电器提供，DC110V /AC220V 70kVA过载能力 1.1 倍长期运行，1.2 倍 60 秒/每 10 分钟寿命 15 年安装形式 户外箱式防护等级 IP54可靠性指标模块冗余度13%模块故障率13%时可满足稳定工作范围的要求MTBF30000 小时MTTR15 分钟环境条件 功率单元温度要求：工作时环境温度：-25+40，低于-25需预热。存放时环境温度：-40+70，低于-40需保温。 海拔高度：不超过 2500m。 相对湿度：全年中最潮湿的一个月的湿度和全年相比不能超过 90（设定该月的平均最低温度为 25） 。西南交通大学士研究生学位论文 第 24页3.2 系统参数计算3.2.1 系统参数要求系统额定容量：5MVA输入侧电压： 1010%输出侧原边电压：4258kV 全功率，3863kV 降额运行，全功率时有供功率可以双向输出；输出侧功因：容性（超前）0.93.2.2 系统计算CPD 单台额定容量为 5MVA，考虑系统的效率为 98%，且变流器为全功率双向，则输入侧的容量为 考虑在超过 1.1 倍时还_=_=500098%=5100；正常长期的进行过载运行时的系统最大容量为：5100*1.1=5610kVA；3.2.3 输入侧计算系统输入侧为 10kV 供电，但可以允许有 10%的波动，所以_=1010%由于输入侧不向电网输出无功功率，所以在输入侧全功率回馈电网时，变流器输入侧最高电压为： 112+0.92=11.04在额定条件下，功率单元输入交流有效值最大为：-=11.0415 =736此时整流后的母线电压为西南交通大学士研究生学位论文 第 25页- 2736=1040把单元直流母线的电压设置为 1100V；输入侧最低电压为 9kV，不考虑电抗器压降，所以输入侧的最大电流为：_=56109 =623输入侧最高电压为 11kV，电抗器暂按 5mH 设计；3.2.4 输出侧计算由于要求牵引侧电源额定为 55kV，在 3863kV 内同相装置要稳定工作，在4258kV 内为满功率运行。为了保证系统在 63kV 时能够提供能量，因此牵引侧在 63KV 时经过不可控整流的母线电压必须小于 1100V。功率单元的母线电压按 1100V 设计，允许输出