CN102594114B - 一种同相供电变流器系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种同相供电变流器系统，解决了现有技术同相供电系统因电力电子器件易损坏造成的系统可靠性低的问题。该同相供电变流器系统包括主电路系统；所述主电路系统包括至少两个变流器子单元和两个隔离变压器组；每个所述隔离变压器组包括至少一个原边与电网连接的隔离变压器；所述变流器子单元包括背靠背单相变流器，所述背靠背单相变流器的负载侧输出端与一个隔离变压器组中的隔离变压器的副边连接，所述背靠背单相变流器的网侧输出端与另一个隔离变压器组中的隔离变压器的副边连接；各个所述变流器子单元之间无电气连接。

Description

一种同相供电变流器系统

技术领域

本发明涉及变流器供电技术领域，尤其涉及一种同相供电变流器系统。

背景技术

目前世界上绝大部分电气化铁路均采用交流供电系统。为使负荷平衡、消除负序分量，通常采用分段轮换相序的供电方式。但是，相序变换必会导致牵引供电网上存在无电区，即电分相。电分相的存在，不仅影响机车速度和重载能力，还可能产生过电压，甚至导致牵引供电网电弧及烧网事件。

同相供电技术的产生，解决了上述分段轮换相序供电方式中因电分相引起的诸多问题。同相供电系统主要包括主电路系统，以及用于对主电路系统的通讯、有功传递、谐波治理等进行控制的控制系统。然而，目前同相供电系统仅仅停留在理论阶段，并未普遍投入工程应用，其制约因素在于：同相供电系统中，变流器的核心——电力电子器件，对外接电压和电流均比较敏感。外接过高的电压或过大的电流极易造成电力电子器件的损坏，进而导致整个同相供电系统不能正常工作，同相供电系统的可靠性不高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种同相供电变流器系统，以解决现有技术同相供电系统可靠性低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种同相供电变流器系统，包括主电路系统；

所述主电路系统包括至少两个变流器子单元和两个隔离变压器组；其中，

每个所述隔离变压器组包括至少一个原边与电网连接的隔离变压器；

所述变流器子单元包括背靠背单相变流器，所述背靠背单相变流器的负载侧输出端与一个隔离变压器组中的隔离变压器的副边连接，所述背靠背单相变流器的网侧输出端与另一个隔离变压器组中的隔离变压器的副边连接；各个所述变流器子单元之间无电气连接。

优选地，所述变流器子单元的总个数N和容量满足如下条件：

任意N-1个变流器子单元的容量之和＞所述同相供电变流器系统需要的容量。

优选地，所述变流器子单元还包括两个用于直接分断短路电流的断路器，分别设置于所述网侧输出端和负载侧输出端。

优选地，所述变流器子单元还包括两个具有明显分断点的隔离开关，分别设置于所述网侧输出端和负载侧输出端。

优选地，所述同相供电变流器系统还包括控制系统；所述控制系统包括：

底层控制器，用于对所述变流器子单元进行一对一控制；

上层控制器，用于实现远程控制中心与所述底层控制器之间的双向通讯，并对所述底层控制器进行集中调度。

优选地，所述上层控制器至少为两个，且相互之间无连接；每个所述上层控制器均配置有独立的外部电源，用于为该上层控制器供电。

优选地，所述底层控制器与所述上层控制器之间，以及所述上层控制器与所述远程控制中心之间的通讯，均采用光纤作为通讯介质。

优选地，所述同相供电变流器系统还包括至少一套用于冷却所述变流器子单元的冷却系统。

优选地，所述同相供电变流器系统还包括开关或阀门，用于旁路或切除所述冷却系统。

优选地，所述冷却系统的冷却方式包括风冷和水冷。

从上述的技术方案可以看出，本发明通过多个彼此无电气连接的变流器子单元，以及两个隔离变压器组共同组成同相供电变流器系统的主电路；每个变流器子单元均独立工作，在任意一个变流器子单元因内部电力电子器件损坏等原因发生故障时，其他变流器子单元仍可正常工作，在缺少该损坏的变流器子单元的情况下，保证整个同相供电变流器系统的正常供电，从而避免了电力电子器件损坏造成整个系统的瘫痪，提高了同相供电变流器系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的同相供电变流器系统的主电路系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的同相供电变流器系统的主电路系统的另一结构示意图；

图3为本发明实施例提供的同相供电变流器系统的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种同相供电变流器系统，以解决现有技术同相供电系统可靠性低的问题。

参照图1，本发明实施例提供的同相供电变流器系统包括主电路系统；

该主电路系统包括至少两个变流器子单元1和两个隔离变压器组2；其中，

每个隔离变压器组2包括至少一个原边与电网连接的隔离变压器；

变流器子单元1包括背靠背单相变流器11，背靠背单相变流器11的负载侧输出端111与一个隔离变压器组2中的隔离变压器的副边连接，背靠背单相变流器11的网侧输出端112与另一个隔离变压器组中的隔离变压器的副边连接；

各个变流器子单元1独立运行，相互之间无电气连接。

即，若主电路系统中包含多个变流器子单元1，则相应的每个隔离变压器组2中分别设置多个隔离变压器TR_k和TR_2k(k＝1、2、3......)，进一步的，每个隔离变压器的副边划分为多个部分；隔离变压器TR_k的副边的每个部分与一个背靠背单相变流器11的负载侧输出端连接，其原边相并联接入电网；隔离变压器TR_2k的副边的每个部分与一个背靠背单相变流器11的网侧输出端连接，其原边相并联接入电网。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例通过多个彼此无电气连接的变流器子单元，以及两个隔离变压器组共同组成同相供电变流器系统的主电路；每个变流器子单元均独立工作，在任意一个变流器子单元因内部电力电子器件损坏等原因发生故障时，其他变流器子单元仍可正常工作，在缺少该损坏的变流器子单元的情况下，保证整个同相供电变流器系统的正常供电，从而避免了电力电子器件损坏造成整个系统的瘫痪，提高了同相供电变流器系统的可靠性。

进一步地，上述同相供电变流器系统中，变流器子单元1的总个数N和容量满足如下条件：

任意N-1个变流器子单元的总容量＞同相供电变流器系统需要的容量。

设计同相供电变流器系统时，其需要的容量E就已经确定，视为已知量；根据实际需要，假设每个变流器子单元的容量均相同，设为e，则上述条件等价于(N-1)*e＞E。则可以先确定本系统需要设计变流器子单元N，再通过上述条件确定单个变流器子单元的容量的可取值范围e＞E/(N-1)；也可以先确定单个变流器子单元的容量e，再通过上述条件确定N的可取值范围N＞E/e+1。

上述条件保证了N-1个或更少的变流器子单元1的总容量就可以满足整个同相供电变流器系统需要的容量，从而即使有一个变流器子单元1出现故障，剩余的变流器子单元1仍能保证同相供电变流器系统的正常运行，进一步提高了整个同相供电变流器系统的可维护性和可靠性。

参照图2，在本发明的其他实施例中，上述实施例中的变流器子单元1还包括两个用于直接分断短路电流的断路器12，分别设置于背靠背变流器11的负载侧输出端111和网侧输出端112。

每个变流器子单元独立设置断路器，可实现当变流器子单元1发生故障时，通过直接断开该变流器子单元的断路器12，使该发生故障的变流器子单元与整个系统断开，而无需断开该变流器子单元1之外的断路器或具有相同功能的其他设备，进而在不影响其他变流器子单元的正常工作的前提下，对发生故障的变流器子单元1进行维修，保证了同相供电变流器系统连续工作，进一步提高了同相供电变流器系统的可靠性。

同时，设置于负载侧输出端(或网侧输出端)的断路器12还并联有由接触器KM和电阻R串联组成的预充电支路14，该预充电回路14用于在系统启动时，对变流器子单元中的背靠背变流器进行充电，以建立中间直流电压；系统启动完成后，接触器KM断开。

另外，变流器子单元1还包括两个具有明显分断点的隔离开关13，分别设置于背靠背变流器11的两个输出端，与断路器12串联。

当断路器12断开后，可人工断开与其串联的隔离开关13，保证该断路器12所在的变流器子单元1与外部高压系统真正断开，而其他变流器子单元却仍可正常工作(即在线电气隔离)，从而实现在整个同相供电变流器系统处于正常工作的状态下，对出现故障的变流器子单元进行抢修，提高了整个同相供电变流器系统的可维护性和可靠性。

参照图3，在本发明的其他实施例中，上述所有实施例中的同相供电变流器系统还包括控制系统；该控制系统包括：

底层控制器31，用于对变流器子单元1进行一对一控制；

上层控制器32，用于实现远程控制中心与底层控制器31之间的双向通讯，并对底层控制器31进行集中调度。

具体的，底层控制器完成变流器子单元的所有控制任务，具体包括：变流器子单元的逻辑控制和通讯、网侧变流器的有功传递控制、直流侧电压稳压控制、负载侧变流器的有功传递、无功补偿、谐波治理控制、变流器子单元的保护等。上层控制器完成整个同相供电变流器系统的保护与控制，包括：系统与远程控制中心的信息交互、系统的启停及保护、牵引变压器原边负序消除控制、各个变流器子单元的有功及无功的潮流分配、谐波治理的电流指令分配等。

在上述实施例中，通过为每个变流器子单元1单独配置底层控制器31，实现了其中任何一个底层控制器出现故障，只会影响对与其对应的变流器子单元的相关控制，而不会影响对其他变流器子单元的控制，保证了同相供电变流器系统的正常运行，进一步提高了同相供电变流器系统的可靠性。

进一步的，上层控制器32可设计为完全相同的两个或者更多个，各个上层控制器32之间无连接，可同时地、独立地对所有的底层控制器31进行集中控制，并与远程控制中心34进行单独通信。每个上层控制器32均配置有一个为其供电的外部电源33，各个外部电源33相互独立，互不干扰。任何一个上层控制器32(或外部电源33)出现故障，仍可由其他的上层控制器32(或外部电源33)完成对变流器系统的控制，从而进一步提高了整个同相供电变流器系统的可靠性。

另外，底层控制器31与上层控制器32之间，以及上层控制器32与远程控制中心34之间可采用各种不同的通讯方式，但优先采用光纤作为通讯介质，以确保通讯的抗干扰能力，提升系统的可靠性。

进一步地，本发明上述所有实施例所述的同相供电变流器系统还包括至少一套用于冷却所述变流器子单元的冷却系统，各套冷却系统独立工作，分别负责冷却一部分变流器子单元。即，假设有M套冷却系统，则可将所有的变流器子单元分为M个小组，每个小组中包含的变流器子单元个数可以相同，也可以不同；每套冷却系统单独冷却一个小组中的变流器子单元。M的具体值可根据实际应用的要求确定，若实际应用的变流器系统可靠性要求很高，在环境条件及系统成本允许的条件下，M值可选得大一些，使得每套冷却系统控制较少的变流器子单元，在其中一套冷却系统出现故障时，可以保证尽可能多的变流器子单元不受影响，保证同相供电变流器系统能正常工作，进一步提高同相供电变流器系统的可靠性。

另外，上述所有实施例所述的同相供电变流器系统还包括开关或阀门，用于旁路或切除冷却系统，实现变流器子单元的在线维修。

上述冷却系统的冷却方式包括风冷和水冷等。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种同相供电变流器系统，其特征在于，包括主电路系统和控制系统；

所述主电路系统包括至少两个变流器子单元和两个隔离变压器组；其中，

每个所述隔离变压器组包括至少一个原边与电网连接的隔离变压器；

所述变流器子单元包括背靠背单相变流器，所述背靠背单相变流器的负载侧输出端与一个隔离变压器组中的隔离变压器的副边连接，所述背靠背单相变流器的网侧输出端与另一个隔离变压器组中的隔离变压器的副边连接；各个所述变流器子单元之间无电气连接；

所述控制系统包括：

底层控制器，用于对所述变流器子单元进行一对一控制；

上层控制器，用于实现远程控制中心与所述底层控制器之间的双向通讯，并对所述底层控制器进行集中调度；

还包括至少一套用于冷却所述变流器子单元的冷却系统，各套冷却系统独立工作，分别负责冷却一部分变流器子单元；

所述变流器子单元还包括两个用于直接分断短路电流的断路器，分别设置于所述网侧输出端和负载侧输出端；

所述断路器还并联有由接触器和电阻串联组成的预充电支路，该预充电回路用于在系统启动时，对变流器子单元中的背靠背变流器进行充电，以建立中间直流电压；系统启动完成后，接触器断开；

所述变流器子单元的总个数N和容量满足如下条件：

任意N-1个变流器子单元的容量之和>所述同相供电变流器系统需要的容量。

2.根据权利要求1所述的同相供电变流器系统，其特征在于，所述变流器子单元还包括两个具有明显分断点的隔离开关，分别设置于所述网侧输出端和负载侧输出端。

3.根据权利要求1所述的同相供电变流器系统，其特征在于，所述上层控制器至少为两个，且相互之间无连接；每个所述上层控制器均配置有独立的外部电源，用于为该上层控制器供电。

4.根据权利要求3所述的同相供电变流器系统，其特征在于，所述底层控制器与所述上层控制器之间，以及所述上层控制器与所述远程控制中心之间的通讯，均采用光纤作为通讯介质。

5.根据权利要求1所述的同相供电变流器系统，其特征在于，还包括开关或阀门，用于旁路或切除所述冷却系统。

6.根据权利要求5所述的同相供电变流器系统，其特征在于，所述冷却系统的冷却方式包括风冷和水冷。