CN107749718B - 基于电流转移限流的铁路净化电源及电流转移限流方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于电流转移限流的铁路净化电源及电流转移限流控制方法，该铁路净化电源是并网型铁路净化电源，包括多绕组变压器、级联多电平变换器、双向可控硅组SR1、双向可控硅组SR2、滤波电抗器L、滤波电容器C、滤波电阻R和输出隔离变压器T；级联多电平变换器经过滤波电抗器L、滤波电容器C、滤波电阻R的输出与多绕组变压器的Port1端口通过双向可控硅组SR2的持续导通实现并网运行，为铁路电力10kV提供电源保障，并通过对双向可控硅组SR1和SR2的控制来解决净化电源在负荷侧发生短路故障时通过电流转移为继电保护提供电流选择性，避免越级跳闸，且结构简单、巧妙，易于实现，实现成本低，有利于普及应用。
Description
技术领域
本发明属于电气化铁路技术领域，尤其涉及一种应用于电气化铁路27.5kV向铁路电力10kV变换的基于电流转移限流的铁路净化电源及其电流转移限流方法。
背景技术
铁路电力10kV的电源保障一直是铁路供电的重要组成部分。其10kV侧铁路电力关系着铁路行车、调度、防灾预警以及现场人员生产生活等电力负荷都需要保障。但是铁路在部分高海拔地区、高寒冷地区等无人地带，周围无电力10kV供电，导致影响铁路的安全稳定运行。净化电源装置是利用电力电子变换技术将铁路27.5kV进行交直交隔离变换，输出10kV电源为铁路电力10kV进行供电的新型装备。
然而，净化电源在运行过程中能够提供的短路容量有限，导致10kV带有多条馈线时存在线路保护无法提供选择性。净化电源控制脉冲封锁时会全线失压失流，造成越级跳闸现象。因此研究一种新型净化电源，实现为继电保护提供电流选择性成为制约净化电源发展的难题。因此，迫切需求能够实现负荷短路电流限制，为继电保护动作提供选择的新型净化电源装置。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种可实现并网模式下为铁路电力10kV提供电源保障，同时在负荷侧发生短路故障时，可通过电流转移实现为继电保护提供电流选择性，避免越级跳闸，且结构简单、巧妙，易于实现，实现成本低，有利于普及应用的基于电流转移的并网型铁路净化电源。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种基于电流转移限流的铁路净化电源，其特征在于：该铁路净化电源是并网型铁路净化电源，包括有多绕组变压器、级联多电平变换器、双向可控硅组SR1、双向可控硅组SR2、滤波电抗器L、滤波电容器C、滤波电阻R和输出隔离变压器T；其中，所述多绕组变压器的port2到portN端口连接到级联多电平变换器，所述级联多电平变换器依次经过滤波电抗器L、滤波电容器C、滤波电阻R后输出；所述多绕组变压器的Port1端口通过双向可控硅组SR1、双向可控硅组SR2与滤波电抗器L并联；所述输出隔离变压器T接入在滤波电抗器L和滤波电容器C之间；所述级联多电平变换器经过滤波电抗器L、滤波电容器C、滤波电阻R的输出与多绕组变压器的Port1端口通过双向可控硅组SR2的持续导通实现并网运行。
进一步地，所述级联多电平变换器是由多个功率单元级联组成星形连接的变换器，所述功率单元是AC-DC-AC型功率单元，其进线侧为整流电路，中间为储能平波电容，输出为全控逆变电路，同时全控逆变电路的输出具有旁路开关。
一种根据上述权利要求1或2基于电流转移限流的铁路净化电源的电流转移限流方法，其特征在于：包括
铁路净化电源检测到负荷侧发生到短路故障时，封锁级联多电平变换器的PWM控制脉冲信号，使负荷短路电流通过双向可控硅组SR2全部转移到多绕组变压器的Port1端口；
负荷短路电流通过双向可控硅组SR2全部转移到多绕组变压器的Port1端口后，净化电源的控制系统向双向可控硅组SR1发出全导通信号；
双向可控硅组SR1全导通后，净化电源的控制系统向双向可控硅组SR2发出导通角控制信号、实现导通角从大向小变化，等效提高多绕组变压器的Port1端口所在回路的阻抗；
双向可控硅组SR2的导通角为零且双向可控硅组SR2承受反向电压全部关断后，短路电流全部转移到双向可控硅组SR1所在回路；
净化电源的控制系统向双向可控硅组SR1发出导通角控制信号、实现导通角从大到小变化，利用滤波电抗器L和输出隔离变压器T的阻抗等效提高了多绕组变压器的Port1端口的整体阻抗；
假设负荷短路电流为λ安时，继电保护具有选择性，则该铁路净化电源检测负荷电流，不断减小双向可控硅组SR1的导通角，直到负荷电流等于λ安时为止。
本发明的有益效果是：
本发明通过上述技术方案，即可实现并网模式下为铁路电力10kV提供电源保障，同时在负荷侧发生短路故障时，可通过电流转移等效增大回路中的阻抗来降低负荷短路时线路中的短路电流，从而实现为继电保护装置提供电流选择性，避免出现越级跳闸问题，且结构简单、巧妙，易于实现，实现成本低，有利于普及应用。
附图说明
图1是本发明所述基于电流转移限流的铁路净化电源实施例的结构示意图；
图2是本发明所述基于电流转移限流的铁路净化电源实施例中功率单元的结构示意图；
图3是本发明所述基于电流转移限流的铁路净化电源实施例应用在既有站升级改造时的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图3所示：
本发明实施例所述的基于电流转移限流的铁路净化电源，是并网型铁路净化电源，包括有多绕组变压器、级联多电平变换器、双向可控硅组SR1、双向可控硅组SR2、滤波电抗器L、滤波电容器C、滤波电阻R和输出隔离变压器T；其中，所述多绕组变压器的port2到portN端口连接到级联多电平变换器，所述级联多电平变换器可以是由多个功率单元级联组成星形连接的变换器(如图1)，所述功率单元是AC-DC-AC型功率单元，其进线侧为整流电路，中间为储能平波电容，输出为全控逆变电路，且全控逆变电路的输出具有旁路开关(如图2)，且级联多电平变换器依次经过滤波电抗器L、滤波电容器C、滤波电阻R后输出；所述多绕组变压器的Port1端口通过双向可控硅组SR1、双向可控硅组SR2与滤波电抗器L并联；所述输出隔离变压器T接入在滤波电抗器L和滤波电容器C之间；所述级联多电平变换器经过滤波电抗器L、滤波电容器C、滤波电阻R的输出与多绕组变压器的Port1端口通过双向可控硅组SR2的持续导通实现并网运行。
本发明所述基于电流转移限流的铁路净化电源在进行电流转移限流时采用以下控制方法，包括：
一种根据上述权利要求1或2基于电流转移限流的铁路净化电源的电流转移限流方法，其特征在于：包括
铁路净化电源检测到负荷侧发生到短路故障时，封锁级联多电平变换器的PWM控制脉冲信号，使负荷短路电流通过双向可控硅组SR2全部转移到多绕组变压器的Port1端口；
负荷短路电流通过双向可控硅组SR2全部转移到多绕组变压器的Port1端口后，给双向可控硅组SR1全导通信号；
双向可控硅组SR1全导通后，净化电源的控制系统向双向可控硅组SR2发出导通角控制信号、实现导通角从大向小变化，等效提高多绕组变压器的Port1端口所在回路的阻抗；
双向可控硅组SR2的导通角为零且双向可控硅组SR2承受反向电压全部关断后，短路电流全部转移到双向可控硅组SR1所在回路；
净化电源的控制系统向双向可控硅组SR1发出导通角控制信号、实现导通角从大到小变化，利用滤波电抗器L和输出隔离变压器T的阻抗等效提高了多绕组变压器的Port1端口的整体阻抗；
假设负荷短路电流为λ安时，继电保护具有选择性，则该铁路净化电源检测负荷电流，不断减小双向可控硅组SR1的导通角，直到负荷电流等于λ安时为止。
这样，将本发明所述铁路净化电源应用到电气化铁路牵引27.5kV向铁路电力10kV转换领域，即可实现并网模式下为铁路电力10kV提供电源保障，同时在负荷侧发生短路故障时，可通过电流转移等效增大回路中的阻抗来降低负荷短路时线路中的短路电流，从而实现为继电保护装置提供电流选择性，避免出现越级跳闸问题，且结构简单、巧妙，易于实现，实现成本低，有利于普及应用，包括在新建站和既有站可按照上述方案进行实施，同时在既有站改造时站内常备用55/10kV动力变压器，可以在动力变压器输出进行既有站改造，当然也可如图3所示，在设计阶段对净化电源的输入侧改为10kV三相输入，其它条件不变，净化电源即可以得到第二套应用方案。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于电流转移限流的铁路净化电源，其特征在于：该铁路净化电源是并网型铁路净化电源，包括有多绕组变压器、级联多电平变换器、双向可控硅组SR1、双向可控硅组SR2、滤波电抗器L、滤波电容器C、滤波电阻R和输出隔离变压器T；其中，所述级联多电平变换器是由多个功率单元级联组成星形连接的变换器，所述功率单元是AC-DC-AC型功率单元，其进线侧为整流电路，中间为储能平波电容，输出为全控逆变电路，同时全控逆变电路的输出具有旁路开关；所述多绕组变压器的port2到portN端口连接到级联多电平变换器，所述级联多电平变换器依次经过滤波电抗器L、滤波电容器C、滤波电阻R后输出；所述多绕组变压器的Port1端口通过双向可控硅组SR1、双向可控硅组SR2与滤波电抗器L并联；所述输出隔离变压器T接入在滤波电抗器L和滤波电容器C之间；所述级联多电平变换器经过滤波电抗器L、滤波电容器C、滤波电阻R的输出与多绕组变压器的Port1端口通过双向可控硅组SR2的持续导通实现并网运行；
铁路净化电源检测到负荷侧发生到短路故障时，封锁级联多电平变换器的PWM控制脉冲信号，使负荷短路电流通过双向可控硅组SR2全部转移到多绕组变压器的Port1端口；
负荷短路电流通过双向可控硅组SR2全部转移到多绕组变压器的Port1端口后，净化电源的控制系统向双向可控硅组SR1发出全导通信号；
双向可控硅组SR1全导通后，净化电源的控制系统向双向可控硅组SR2发出导通角控制信号、实现导通角从大向小变化，等效提高多绕组变压器的Port1端口所在回路的阻抗；
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净化电源的控制系统向双向可控硅组SR1发出导通角控制信号、实现导通角从大到小变化，利用滤波电抗器L和输出隔离变压器T的阻抗等效提高了多绕组变压器的Port1端口的整体阻抗；
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