CN106100000A - 变流装置、城轨牵引供电系统及其控制方法 - Google Patents

变流装置、城轨牵引供电系统及其控制方法 Download PDF

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赵大鹏
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    • H02H7/267—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for parallel lines and wires

Abstract

本发明涉及变流装置、城轨牵引供电系统及其控制方法，城轨牵引供电系统包括中压网络、牵引变压器、变流装置和直流接触网，变流装置包括两个变流单元，每个变流单元包括至少两个并联设置的变流线路，每个变流线路上串设有变流模块，变流模块由至少两个变流支路并联构成，每个变流支路上串设有DC/AC变换器和交流电抗器。该供电系统中设置有多个并联设置的DC/AC模块，通过并联分压的特性实现提升供电系统整体的容量，能够满足系统的大功率运行。而且，该系统中的多个并联设置的部分可以灵活控制，如果其中部分出现故障时，控制断开故障部分，其他的正常部分仍旧正常工作，此时无需断开整个供电系统。

Description

变流装置、城轨牵引供电系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及变流装置、城轨牵引供电系统及其控制方法。
背景技术
城市轨道交通简称为城轨，在很多大型城市当中一直起到城市客运输送骨干的作用。城市轨道交通这一名词涵盖范围非常广泛，种类繁多；包括城市铁路、市郊铁路、地下铁道、轻轨交通、城市有轨电车、独轨交通、磁悬浮线路、机场联络铁路、新交通系统等。多数城轨交通以电力作为能源，因此城轨交通有着节能、省地、运量大、全天候、无污染(或少污染)又安全等优点，属绿色环保交通体系，符合可持续发展的原则。而且顾名思义，城轨交通即是车辆在轨道上运行的交通方式，所以基本上不会受到交通拥堵的影响，所以在交通压力繁重的大城市里，其相比汽车运输更加高效快速。而随着各方面技术的进步，城轨交通也在向更安全、更快速的方向不断的完善，尽可能的为市民的出行带来更大的方便。
城轨车辆的能源一般为电力。目前世界上绝大多数以电力为能源的城轨车辆的供电系统，都必须实现将电力网络中的交流电源转换为车辆能够直接利用的直流牵引电源。城市轨道交通牵引变电所都采用24脉波不控整流，其优点是生产制造简单、易于维护、成本较低，性能可靠，但是也存在输出电压波动大，供电距离受限，能量利用率低、制动能量无法回馈、电能质量差等不足之处。
而且，目前的城轨牵引供电系统整体容量较小，不能实现较大功率的输出，在出现电网较大脉冲电压的情况下也容易对功率元件造成一定的冲击，并且目前的供电系统中无法实现灵活控制，部分器件出现故障时需要断开整个供电系统，不但影响车辆的正常供电和正常工作，而且，供电控制可靠性有了很大的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种城轨牵引供电系统，用以解决传统的供电系统的容量小，无法实现大功率输出的问题。本发明同时提供一种城轨牵引供电系统的变流装置和城轨牵引供电系统的控制方法。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种变流装置，包括两个变流单元，每个变流单元包括至少两个并联设置的变流线路，每个变流线路上串设有变流模块，所述变流模块由至少两个变流支路并联构成，每个变流支路上串设有DC/AC变换器和交流电抗器。
所述DC/AC变换器由IGBT构成。
所述变流支路中，DC/AC变换器的直流侧串设有熔丝。
所述变流线路上还串设有交流断路器。
任意一个变流单元中，所有的变流线路的直流端均连接正负直流母线，其中，正直流母线上串设有接触器和平波电抗，负直流母线上串设有直流隔离开关。
所述变流单元还包括直流柜，接触器、平波电抗和直流隔离开关设置在对应的直流柜中。
一种城轨牵引供电系统，包括变流装置和用于连接中压网络的牵引变压器，变流装置的直流侧用于连接直流接触网，变流装置的交流侧用于连接牵引变压器，所述牵引变压器的原边用于连接中压网络，所述牵引变压器的两个副边分别连接变流装置中的两个变流单元，所述变流装置为上述变流装置。
一种专用于上述城轨牵引供电系统的控制方法，当直流接触网上的电压低于预先设置的牵引阈值电压时，控制变流装置为整流运行模式，将交流电变换为直流电供牵引所用；当列车电制动，且直流接触网上的电压大于预先设置的回馈阈值电压时，控制变流装置为逆变运行模式，将直流接触网上多余的能量回馈给中压网络。
本发明提供的城轨牵引供电系统中，利用变流装置实现交直流的转换，该变流装置包括两个变流单元，变流单元包括至少两个并联设置的变流线路，变流线路上串设有变流模块，变流模块由至少两个变流支路并联构成，变流支路上串设有DC/AC变换器和交流电抗，所以该供电系统的容量得到很大的提升，满足大功率运行。并且，整体来看，该供电系统中设置有多个并联设置的DC/AC变换器，通过并联分压的特性来提升供电系统整体的功率，能够满足系统的高功率运行，并且，通过并联分压也使整个变换装置能够有效承受脉冲电压的冲击，保证系统的正常安全运行。而且，该系统中的多个并联设置的部分可以灵活控制，如果其中部分出现故障时，可以通过控制来断开故障部分，其他的正常部分仍旧正常工作，所以无需断开整个供电系统，保证了供电可靠性。另外，该供电系统能够稳定直流接触网电压，进而延长牵引供电站间距，减少牵引站点数量，取得良好的社会经济效益。
附图说明
图1是城轨牵引供电系统的整体结构示意图；
图2是城轨牵引供电系统的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，城轨牵引供电系统包括中压网络、牵引变压器、全功率PWM变流器(即变流装置)和直流接触网，其中，直流接触网连接变流装置的直流侧，变流装置的交流侧通过牵引变压器连接中压网络。该供电系统采用中压并网方式供电。而且，为了便于控制，直流接触网与全功率PWM变流器之间的连接线路上串设有直流开关，牵引变压器与中压网络之间的连接线路上串设有交流中压开关。
全功率PWM变流器(即变流装置)包括两个变流单元，牵引变压器的原边连接中压网络，牵引变压器的两个副边分别连接变流装置中的两个变流单元。对于任意一个变流单元，变流单元包括至少两个并联设置的变流线路，变流线路上串设有变流模块，变流模块由至少两个变流支路并联构成。其中，对于变流线路以及变流支路的个数均可以根据实际需要，比如：实际的功率要求来设置，为了便于说明本实施例，本实施例中，全功率PWM变流器(即变流装置)中的变流单元包括两个并联设置的变流线路，变流模块由两个变流支路并联构成，如图2所示，具体如下：
对于任意一个变流单元来说，所有的变流线路的直流端均连接两条直流母线，这两条直流母线用于连接直流接触网，并分别连接直流接触网中的正和负，其中，正直流母线上串设有接触器和平波电抗，接触器可以人工控制或者电控，平波电抗能够有效消除线路中的杂波；负直流母线上串设有直流隔离开关。另外，将接触器、平波电抗和直流隔离开关设置在直流柜中，方便统一管理。直流柜中还可能会涉及到其他器件，但是这些器件不属于本发明的保护内容，所以，这里就不再赘述。
对于任意一个变流线路来说，变流线路上串设有变流模块，而且，为了便于实现在出现故障时及时断开该变流线路，该变流线路上该串设有交流断路器。变流模块由两个变流支路并联构成，对于任意一个变流支路，该变流支路上串设有DC/AC变换器和电抗，由于该电抗设置在DC/AC变换器的交流侧，所以，该电抗可以称为交流电抗；另外，变流支路上、且在DC/AC变换器的直流侧还可以串设有保护熔丝，用于在出现过流时能够及时断开相应的变流支路。
在本实施例中，全功率PWM变流器(即变流装置)中的DC/AC变换器全由IGBT功率器件构成。
由二极管构成的DC/AC变换器的结构属于常规技术，那么本实施例中的DC/AC变换器是将现有DC/AC中的二极管对应替换成IGBT而构成的DC/AC变换器，所以，在此就不对DC/AC变换器的结构进行具体说明。相比原二极管变换器，由IGBT功率器件构成的全功率PWM变流器稳压效果好，接触网电压波动小；具备能量回馈功能，实现节能利用；采用IGBT全控技术，交直流电能质量优，代表着城市轨道交通牵引系统未来的发展方向。
本发明提供的城轨牵引供电系统在进行供电时，其进行以下控制：当列车正常行驶时，当直流接触网电压低于预先设置的牵引阈值电压，DC/AC变换器进入整流运行状态，将交流电变换为直流电供牵引使用；当列车电制动时，且当此时直流接触网电压大于预先设置的回馈阈值电压时，DC/AC变换器进入逆变运行状态，将直流接触网上多余的能量回馈给中压交流电网。
为了实现供电控制，该供电系统中还设置有控制装置，上述控制方法以软件程序的方式加载在该控制装置中，采集相应的信息，比如直流接触网电压，与预先设置的阈值进行比较，根据满足的条件来相应控制DC/AC变换器。另外，该控制装置还可以控制连接供电系统中的接触器和开关，如果其中部分出现故障时，可以通过控制相应的接触器和开关实现断开故障部分，而其他的正常部分仍旧正常工作，就无需断开整个供电系统，保证了供电可靠性，实现灵活控制。比如：如果第一个变流单元出现故障时，断开第一变流单元，第二变流单元正常运行；再比如：如果某一个变流模块中，其中一个变流支路上的DC/AC变换器出现故障，那么，另一个DC/AC变换器可以正常运行，保证了线路的正常运行。
同时，DC/AC变流器还可提供无功补偿功能，提高城轨牵引供电系统的功率因数。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种变流装置，其特征在于，包括两个变流单元，每个变流单元包括至少两个并联设置的变流线路，每个变流线路上串设有变流模块，所述变流模块由至少两个变流支路并联构成，每个变流支路上串设有DC/AC变换器和交流电抗器。
2.根据权利要求1所述的变流装置，其特征在于，所述DC/AC变换器由IGBT构成。
3.根据权利要求1所述的变流装置，其特征在于，所述变流支路中，DC/AC变换器的直流侧串设有熔丝。
4.根据权利要求1所述的变流装置，其特征在于，所述变流线路上还串设有交流断路器。
5.根据权利要求1所述的变流装置，其特征在于，任意一个变流单元中，所有的变流线路的直流端均连接正负直流母线，其中，正直流母线上串设有接触器和平波电抗，负直流母线上串设有直流隔离开关。
6.根据权利要求5所述的变流装置，其特征在于，所述变流单元还包括直流柜，接触器、平波电抗和直流隔离开关设置在对应的直流柜中。
7.一种城轨牵引供电系统，包括变流装置和用于连接中压网络的牵引变压器，变流装置的直流侧用于连接直流接触网，变流装置的交流侧用于连接牵引变压器，其特征在于，所述牵引变压器的原边用于连接中压网络，所述牵引变压器的两个副边分别连接变流装置中的两个变流单元，所述变流装置为权利要求1-6任意一项所述的变流装置。
8.一种专用于权利要求7所述城轨牵引供电系统的控制方法，其特征在于，当直流接触网上的电压低于预先设置的牵引阈值电压时，控制变流装置为整流运行模式，将交流电变换为直流电供牵引所用；当列车电制动，且直流接触网上的电压大于预先设置的回馈阈值电压时，控制变流装置为逆变运行模式，将直流接触网上多余的能量回馈给中压网络。
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