CN105186886A - 一种基于同相供电技术的补偿变流器系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于同相供电技术的补偿变流器系统及工作方法，所述系统包括牵引匹配变压器、同相供电补偿变流器以及控制系统，本发明降低了制造成本，解决了同相供电变流器因合通、分断高压期间产生的操作过电压及涌流，有效降低了器件的损坏率；充电直接采用牵引匹配变压器副边绕组充电，减少器件，减少故障点；节约了功率单元空间，功率单元结构更紧凑。减少了器件数量，提高了装置可靠性。

Description

一种基于同相供电技术的补偿变流器系统及工作方法

技术领域

本发明属于轨道交通电力电子技术领域，特别涉及一种基于同相供电技术的补偿变流器系统及工作方法。

背景技术

电气化铁路的电能是由电力牵引供电系统提供的。电力牵引供电系统包括牵引变电所和牵引网。牵引变电所将220kV高压电降压为27.5kV或55kV后，通过牵引网向电力机车供电。采用同相供电的方式，可以避免换相供电造成的电分相环节，降低故障率，进一步提高电力机车速度。

为了解决上述问题，中国专利CN101856979B提出了一种基于同相供电技术的补偿变流器装置，该装置由多个交直交功率单元并联，每个功率单元两侧接升压变压器副边，两变压器原边分别接牵引网。

该同相供电变流器装置存在以下问题：

1.多了额外的变压器，成本较高。

2.因为该装置与牵引变压器在容量上相互捆绑，当该装置退出时影响正常供电与行车。

3.装置容量大，成本高。

发明内容

基于上述技术缺陷，我方提出了一种基于同相供电技术的补偿变流器系统及工作方法，该系统降低了制造成本，解决了同相供电变流器因合通、分断高压期间产生的操作过电压及涌流，有效降低了器件的损坏率。

为解决上述技术问题，本发明技术方案如下：

所述系统包括牵引匹配变压器、同相供电补偿变流器以及控制系统，牵引匹配变压器包括一个充电绕组和至少一个副边绕组，同相供电补偿变流器包括至少一个功率单元，且功率单元与牵引匹配变压器副边绕组数量相同，功率单元包括输出并联侧逆变电路、输入串联侧逆变电路及位于输入串联侧逆变电路与输出并联侧逆变电路之间的直流母线电容，牵引匹配变压器原边通过开关A与额定交流电源A相连，每一牵引匹配变压器副边绕组与每一功率单元的输出并联侧逆变电路对应相连，同相供电补偿变流器功率单元的输入串联侧逆变电路通过开关B与额定交流电源B相连，充电绕组包括开关C和充电电阻，且与额定交流电源C相连，所述控制系统用于接收上位机信号指令、控制各开关的断开与闭合。

进一步的，所述输入串联侧逆变电路与输出并联侧逆变电路均采用单相全桥逆变电路结构。

进一步的，多个功率单元的输出并联侧逆变电路与对应的牵引匹配变压器副边绕组相连，构成多重并联的同相供电补偿变流器并联侧；多个功率单元的输入串联侧逆变电路依次串接后构成多个级联的同相供电补偿变流器串联侧。

进一步的，每个牵引匹配变压器副边绕组内设计有电感值。

进一步的，同相供电补偿变流器功率单元的输入串联侧逆变电路通过电抗器连接开关B。

进一步的，所述控制系统包括主控板、PLC、触摸屏以及控制电源；所述主控板、PLC及触摸屏相互连接，所述控制电源用于控制系统的电源供给。

进一步的，当功率单元数量为N，N≥3且为3的整数倍时，所述控制系统内部共引出N/3*2对光纤，N/3对光纤连接功率单元输入串联侧逆变电路，N/3对光纤连接功率单元输出并联侧逆变电路，每对光纤串行连接3个同相功率单元。

一种基于同相供电技术的补偿变流器系统的工作方法，

a）控制系统收到信号指令后，闭合开关C，额定交流电源C通过牵引匹配变压器充电绕组为同相供电补偿变流器的每个功率单元的直流母线电容充电；

b）直流母线电容充满后，断开开关C，同时闭合开关A和开关B；

c）功率单元的输出并联侧逆变电路开始进行并网稳压；

d）当母线电压稳定在额定直流电压后，功率单元的输入串联侧逆变电路进行并网工作；

e）补偿变流器系统根据信号指令，输出用户需要的有功功率、无功功率和谐波功率。

信号指令包括模拟量信号，硬接点信号，通讯信号等。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1）软充电方式优势：

解决了同相供电补偿变流器因合通、分断高压期间产生的操作过电压及涌流，有效降低了器件的损坏率。

充电直接采用牵引匹配变压器副边绕组充电，减少器件，减少故障点。

2）电抗值做在变压器内优势：

节约了功率单元空间，功率单元结构更紧凑。减少了器件数量，提高了装置可靠性。

3）串联通讯技术优势：

光纤数量减少三分之二，避免采用板卡插接方式，大大提高可靠性。

附图说明

图1为本发明的同相供电补偿变流器系统结构示意图。

图2为本发明的同相供电补偿变流器通讯连接方式。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的一种基于同相供电技术的补偿变流器系统进一步描述。

如图1所示，TR1为牵引匹配变压器，5MVA，55kV/15*660V/380V。牵引匹配变压器原边额定电压55kV，牵引匹配变压器副边15组额定电压660V绕组和一组额定电压380V充电绕组。

同相供电补偿变流器由15个相同的功率单元组成，每个功率单元为交直交结构，即由输出并联侧逆变电路、输入串联侧逆变电路及位于输入串联侧逆变电路与输出并联侧逆变电路之间的直流母线电容构成，多个输出并联侧逆变电路与牵引匹配变压器副边相连，构成多重并联的同相供电补偿变流器并联侧；多个功率单元的输入串联侧逆变电路依次串接后构成多个级联的同相供电补偿变流器串联侧，并连接到电感L1和L2。

为了节约体积和成本，图中功率单元并联侧电抗器的电感值设计在牵引匹配变压器副边，故实际中取消了电抗器。

补偿变流器系统的工作原理：

控制系统收到启动命令后，控制系统中PLC控制相应的继电器合上QF2开关，380V电源通过充电电阻、牵引匹配变压器为每个功率单元的直流母线电容充电；控制系统通过检查每个功率单元的直流母线电压，待直流母线电容达到设定值后，PLC控制继电器断开QF2开关，同时控制相应的继电器合上QF1和KM1开关；控制系统检查QF1和KM1的开关位置信号，确认开关都合上以后，控制同相供电补偿变流器功率单元并联侧逆变电路开始并网稳压工作，待检测母线电压稳定在额定母线电压后，控制系统控制功率单元串联侧逆变电路进行并网工作，并网成功后，系统根据给定指令，输出用户需要的有功功率、无功功率和谐波功率。

补偿变流器系统的控制系统是通过光纤通讯方式控制功率单元工作，控制系统与功率单元的通讯方式如下：

如图2所示，主控板一共10对光纤，其中5对光纤连接同相供电补偿变流器功率单元串联侧，另外5对连接同相供电补偿变流器并联侧，每对光纤串行连接3个功率单元；控制系统将串行数据首先发送到串联的第一个功率单元，该功率单元提取本单元的PWM数据，并将本功率单元的状态附上发送到第二个串联功率单元，第二个串联功率单元提取本单元PWM数据后，将本单元状态附上发送到第三个串联功率单元，第三个功率串联单元提取本单元PWM数据后，附上本单元状态再将数据回送给主控板。

对于具体实施方式的理解的描述仅仅是为帮助理解本发明，而不是用来限制本发明的。本领域技术人员均可以利用本发明的思想进行一些改动和变化，只要其技术手段没有脱离本发明的思想和要点，仍然在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于同相供电技术的补偿变流器系统，其特征在于：所述系统包括牵引匹配变压器、同相供电补偿变流器以及控制系统，牵引匹配变压器包括一个充电绕组和至少一个副边绕组，同相供电补偿变流器包括至少一个功率单元，且功率单元与牵引匹配变压器副边绕组数量相同，功率单元包括输出并联侧逆变电路、输入串联侧逆变电路及位于输入串联侧逆变电路与输出并联侧逆变电路之间的直流母线电容，牵引匹配变压器原边通过开关A与额定交流电源A相连，每一牵引匹配变压器副边绕组与每一功率单元的输出并联侧逆变电路对应相连，同相供电补偿变流器功率单元的输入串联侧逆变电路通过开关B与额定交流电源B相连，充电绕组包括开关C和充电电阻，且与额定交流电源C相连，所述控制系统用于接收信号指令、控制各开关的断开与闭合。

2.根据权利要求1所述的一种基于同相供电技术的补偿变流器系统，其特征在于：所述输入串联侧逆变电路与输出并联侧逆变电路均采用单相全桥逆变电路结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于同相供电技术的补偿变流器系统，其特征在于：多个功率单元的输出并联侧逆变电路与对应的牵引匹配变压器副边绕组相连，构成多重并联的同相供电补偿变流器并联侧；多个功率单元的输入串联侧逆变电路依次串接后构成多个级联的同相供电补偿变流器串联侧。

4.根据权利要求1所述的一种基于同相供电技术的补偿变流器系统，其特征在于：每个牵引匹配变压器副边绕组内设计有电感值。

5.根据权利要求1所述的一种基于同相供电技术的补偿变流器系统，其特征在于：同相供电补偿变流器功率单元的输入串联侧逆变电路通过电抗器连接开关B。

6.根据权利要求1所述的一种基于同相供电技术的补偿变流器系统，其特征在于：所述控制系统包括主控板、PLC、触摸屏以及控制电源；所述主控板、PLC及触摸屏相互连接，所述控制电源用于控制系统的电源供给。

7.根据权利要求1所述的一种基于同相供电技术的补偿变流器系统，其特征在于：当功率单元数量为N，N≥3且为3的整数倍时，所述控制系统内部共引出N/3*2对光纤，N/3对光纤连接功率单元输入串联侧逆变电路，N/3对光纤连接功率单元输出并联侧逆变电路，每对光纤串行连接3个同相功率单元。

8.根据权利要求1所述的一种基于同相供电技术的补偿变流器系统的工作方法，其特征在于：

a）控制系统收到信号指令后，闭合开关C，额定交流电源C通过牵引匹配变压器充电绕组为同相供电补偿变流器的每个功率单元的直流母线电容充电；

b）直流母线电容充满后，断开开关C，同时闭合开关A和开关B；

c）功率单元的输出并联侧逆变电路开始进行并网稳压；

d）当母线电压稳定在额定直流电压后，功率单元的输入串联侧逆变电路进行并网工作；

e）补偿变流器系统根据信号指令，输出用户需要的有功功率、无功功率和谐波功率。