CN105691245A - 一种电力机车无冲击分区换相系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种电力机车无冲击分区换相系统，包括牵引接触网、受电弓、机车变压器，受电弓从牵引接触网获得电力，然后与机车变压器连接，机车变压器再与负载侧母线连接，在受电侧母线上设有受电侧断路器，在负载侧母线上设有负载侧断路器，还包括分区感应器、电压检测模块、控制器、整流逆变变频部分、车载储电系统，分区感应器和电压检测模与控制器连接，控制器与整流逆变变频部分连接，整流逆变变频部分还与负载侧母线连接，在整流逆变变频部分与负载侧母线之间设有励磁断路器。本发明提供一种电力机车无冲击分区换相系统及方法，在分区换相时，将机车变压器电压转换至下一个分区电压，消除频繁投切机车变压器的合闸励磁涌流。

Description

一种电力机车无冲击分区换相系统及方法
技术领域
本发明涉及电力设备领域，具体涉及一种电力机车无冲击分区换相系统及方法。
背景技术
电力机车通过车载受电弓从牵引接触网获取电力，牵引接触网是有换相分区的分段电网，电力机车从一个分区进入另一个分区时，通常经历短暂断电和复电的过程，车载电力变压器在复电恢复过程中会产生较大的冲击性励磁涌流。电力机车的分区换相操作十分频繁，每百公里进行数次，对牵引电网、机车变压器以及通讯系统都有不良影响，并可能对电力机车安全稳定运行造成危害。
发明内容
本发明提供一种电力机车无冲击分区换相系统及方法，在分区换相时，将机车变压器电压转换至下一个分区电压，消除频繁投切机车变压器的合闸励磁涌流，并保持机车不间断供电，消除分区换相对牵引电网系统、机车供电、通讯等产生的不良影响。
一种电力机车无冲击分区换相系统，包括牵引接触网、受电弓、机车变压器，受电弓从牵引接触网获得电力，然后与机车变压器连接，机车变压器再与负载侧母线连接，在受电侧母线上设有受电侧断路器，在负载侧母线上设有负载侧断路器，还包括分区感应器、电压检测模块、控制器、整流逆变变频部分、车载储电系统，分区感应器和电压检测模与控制器连接，控制器与整流逆变变频部分连接，整流逆变变频部分还与负载侧母线连接，在整流逆变变频部分与负载侧母线之间设有励磁断路器。
优选的，所述电压检测模块包括TV互感器、运算放大器、采样及AD转换器，TV互感器用于检测受电侧母线电压，然后依次与运算放大器、采样及AD转换器连接，再与控制器连接。
优选的，所述控制器包括CPU模块及PWM驱动电路，CPU模块还跟断路器状态与控制模块连接；所述整流逆变变频部分包括整流滤波器及PWM逆变器，整流滤波器与PWM逆变器连接，PWM逆变器与负载侧母线连接，所述车载储电系统包括车载电池组，车载电池组与整流滤波器及PWM逆变器连接。
优选的，所述整流滤波器还与受电侧母线连接。
优选的，所述整流滤波器包括4组大功率电力电子器件组成的单相全控整流桥及滤波电容器；PWM逆变器包括4组大功率电力电子器件组成的单相全控逆变桥。
优选的，所述PWM逆变器的输入端正负极连接整流滤波器输出端，大功率电力电子器件栅极G1至G8与控制器的PWM驱动电路连接。
优选的，所述大功率电力电子器件为IGBT、IGCT、GTO、MOSFET或SIT等。
一种电力机车无冲击分区换相系统的换相方法，在电力机车进入牵引接触网分区换相区时，机车通过轨道设置的分区感应器获取分区点位置及下一分区电压相位，在受电弓进入分区点短暂断电时，控制器利用相位差、列车速度、换相时间等，通过计算得到控制方案，并控制大功率电力电子器件，进入逆变变频方式，迅速将机车变压器电压转换至下一个分区电压的幅值和相位，并恢复正常工作频率，当机车离开分区换相区时，进入下一个接触网分区，受电弓重新复电，断路器闭合，机车变压器恢复从接触网供电，此时变压器绕组电压与接触网电压大小、相位完全一致；在车载储电系统容量足够时，由车载储电系统向机车供电，保持机车电力不间断；在完成电压分区换相后，控制系统切换至整流模式，给车载储电系统充电，以备再次进行电压分区换相。
本发明采用大功率电力电子器件，功率大、响应速度快，既能工作于逆变变频方式，又能工作于整流方式，结构紧凑、体积小、重量轻、低能耗、适应复杂恶劣的电磁环境，适合高速列车等电力机车的应用，对提高牵引电网、高速列车的安全稳定运行十分有利。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
一种电力机车无冲击分区换相系统，包括牵引接触网、受电弓、机车变压器，受电弓从牵引接触网获得电力，然后与机车变压器连接，机车变压器再与负载侧母线连接，在受电侧母线上设有受电侧断路器QF1，在负载侧母线上设有负载侧断路器QF2，还包括分区感应器、电压检测模块、控制器、整流逆变变频部分、车载储电系统，分区感应器和电压检测模与控制器连接，控制器与整流逆变变频部分连接，整流逆变变频部分还与负载侧母线连接，在整流逆变变频部分与负载侧母线之间设有励磁断路器QF3。
所述电压检测模块包括TV互感器、运算放大器、采样及AD转换器，TV互感器用于检测受电侧母线电压，然后依次与运算放大器、采样及AD转换器连接，再与控制器连接。
所述控制器包括CPU模块及PWM驱动电路，CPU模块还跟断路器状态与控制模块连接；所述整流逆变变频部分包括整流滤波器及PWM逆变器，整流滤波器与PWM逆变器连接，PWM逆变器与负载侧母线连接，所述车载储电系统包括车载电池组，车载电池组与整流滤波器及PWM逆变器连接。断路器状态与控制模块输入输出端连接至CPU模块的输入输出接口，用于CPU模块读取输入各断路器状态信息和向各断路器发送分闸、合闸命令；PWM驱动电路输入端连接至CPU模块的输入输出接口，用于CPU模块向整流滤波器和PWM逆变器的大功率电力电子器件发出栅极控制命令，控制大功率电力电子器件的导通和截止。车载储电系统主要包括车载电池组，系统交流电压经过整流滤波器后转换为直流电压，存储在车载电池组中，在分区换相期间，车载电池组作为直流电源，通过逆变器逆变成交流电压，使机车变压器绕组电压与下一个接触网分区电压大小、相位完全一致，避免在分区换相过程中，机车变压器产生冲击励磁涌流；在完成分区换相后，控制系统切换至整流模式，给车载储电系统继续充电。
所述整流滤波器还与受电侧母线连接。
所述整流滤波器包括4组大功率电力电子器件组成的单相全控整流桥及滤波电容器；PWM逆变器包括4组大功率电力电子器件组成的单相全控逆变桥。
所述PWM逆变器的输入端正负极连接整流滤波器输出端，大功率电力电子器件栅极G1至G8与控制器的PWM驱动电路连接。
所述大功率电力电子器件为IGBT、IGCT、GTO、MOSFET或SIT等。
一种电力机车无冲击分区换相系统的换相方法，在电力机车进入牵引接触网分区换相区时，机车通过轨道设置的分区感应器获取分区点位置及下一分区电压相位，在受电弓进入分区点短暂断电时，控制器利用相位差、列车速度、换相时间等，通过计算得到控制方案，并控制大功率电力电子器件，进入逆变变频方式，迅速将机车变压器电压转换至下一个分区电压的幅值和相位，并恢复正常工作频率，当机车离开分区换相区时，进入下一个接触网分区，受电弓重新复电，断路器闭合，机车变压器恢复从接触网供电，此时变压器绕组电压与接触网电压大小、相位完全一致；在车载储电系统容量足够时，由车载储电系统向机车供电，保持机车电力不间断；在完成电压分区换相后，控制系统切换至整流模式，给车载储电系统充电，以备再次进行电压分区换相。在此过程中，机车变压器不产生冲击性励磁涌流。牵引接触网、机车变压器、通讯系统等不受影响。

Claims (8)

1.一种电力机车无冲击分区换相系统，包括牵引接触网、受电弓、机车变压器，受电弓从牵引接触网获得电力，然后与机车变压器连接，机车变压器再与负载侧母线连接，在受电侧母线上设有受电侧断路器，在负载侧母线上设有负载侧断路器，其特征在于：还包括分区感应器、电压检测模块、控制器、整流逆变变频部分、车载储电系统，分区感应器和电压检测模块与控制器连接，控制器与整流逆变变频部分连接，整流逆变变频部分还与负载侧母线连接，在整流逆变变频部分与负载侧母线之间设有励磁断路器。
2.根据权利要求1所述一种电力机车无冲击分区换相系统，其特征在于：所述电压检测模块包括TV互感器、运算放大器、采样及AD转换器，TV互感器用于检测受电侧母线电压，然后依次与运算放大器、采样及AD转换器连接，再与控制器连接。
3.根据权利要求1所述一种电力机车无冲击分区换相系统，其特征在于：所述控制器包括CPU模块及PWM驱动电路，CPU模块还跟断路器状态与控制模块连接；所述整流逆变变频部分包括整流滤波器及PWM逆变器，整流滤波器与PWM逆变器连接，PWM逆变器与负载侧母线连接，所述车载储电系统包括车载电池组，车载电池组与整流滤波器及PWM逆变器连接。
4.根据权利要求3所述一种电力机车无冲击分区换相系统，其特征在于：所述整流滤波器还与受电侧母线连接。
5.根据权利要求3所述一种电力机车无冲击分区换相系统，其特征在于：所述整流滤波器包括4组大功率电力电子器件组成的单相全控整流桥及滤波电容器；PWM逆变器包括4组大功率电力电子器件组成的单相全控逆变桥。
6.根据权利要求3所述一种电力机车无冲击分区换相系统，其特征在于：所述PWM逆变器的输入端正负极连接整流滤波器输出端，大功率电力电子器件栅极G1至G8与控制器的PWM驱动电路连接。
7.根据权利要求5所述一种电力机车无冲击分区换相系统，其特征在于：所述大功率电力电子器件为IGBT、IGCT、GTO、MOSFET或SIT。
8.根据权利要求1-7任意一项所述一种电力机车无冲击分区换相系统的换相方法，其特征在于：在电力机车进入牵引接触网分区换相区时，机车通过轨道设置的分区感应器获取分区点位置及下一分区电压相位，在受电弓进入分区点短暂断电时，控制器利用相位差、列车速度、换相时间等，通过计算得到控制方案，并控制大功率电力电子器件，进入逆变变频方式，迅速将机车变压器电压转换至下一个分区电压的幅值和相位，并恢复正常工作频率，当机车离开分区换相区时，进入下一个接触网分区，受电弓重新复电，断路器闭合，机车变压器恢复从接触网供电，此时变压器绕组电压与接触网电压大小、相位完全一致；在车载储电系统容量足够时，由车载储电系统向机车供电，保持机车电力不间断；在完成电压分区换相后，控制系统切换至整流模式，给车载储电系统充电，以备再次进行电压分区换相。
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