CN109167509A - 兼顾牵引电压补偿与铁路电力供电的铁路贯通线供电电源 - Google Patents

兼顾牵引电压补偿与铁路电力供电的铁路贯通线供电电源 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种兼顾牵引电压补偿与铁路电力供电的铁路贯通线供电电源，由能量递入模块M1、左右互联型能量迁移模块M2、隔离型储能模块M3和公用直流型三相贯通供电模块M4构成。使用时能量递入模块M1从牵引侧吸收能量送入直流侧、并接入牵引侧双侧桥臂，左右互联型能量迁移模块M2从双侧汲取能量向对侧搬运或从能量递入模块M1进行能量吸收，隔离型储能模块M3向其超级电容SC侧搬运和反馈能量，公用直流型三相贯通供电模块M4向铁路贯通线供电，且左右互联型能量迁移模块M2补偿电压的变化和谐波，实现超级电容SC储能和向贯通线供电，即可兼顾牵引电压补偿与铁路电力供电，供电电源稳定、质量高，保障了铁路贯通负荷的正常运行。

Description

兼顾牵引电压补偿与铁路电力供电的铁路贯通线供电电源
技术领域
本发明属于电气化铁路电力供电技术领域，尤其涉及一种兼顾牵引电压补偿与铁路电力供电的铁路贯通线供电电源。
背景技术
电气化铁路是当前世界范围内铁路建设的首选，目前我国的电气化铁路建设里程处于世界前列。随着国家经济的发展和对西部地区的扶持，电气化铁路在青海、西藏、新疆、内蒙等偏远地带的发展越来越明显。但是铁路在该类地区穿行时，由于当地地广人稀、气候条件恶劣，铁路电力贯通线常常缺乏电源保障，而常规类型的解决措施存在了各种各样的问题。当采用远距离供电时，建设和维护成本异常高昂；而采用动力变压器从牵引侧向铁路电力进行变压供电时，由于机车负荷的非线性和冲击性，贯通线的电压常常存在着谐波含量大，畸变严重，电压骤升骤降等恶劣的电能质量问题，导致贯通线负荷面临严重的考验，甚至烧毁负荷。
此外，由机车负荷导致的牵引侧电压波动、电压畸变等问题也困扰着牵引侧供电质量，并导致牵引变压器进线电压的劣化。
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兼顾牵引电压补偿与铁路电力供电，供电电源稳定、质量高，保障铁路贯通负荷的正常运行，整体功能强大，且结构简单、巧妙，易于实现，实现成本低的铁路贯通线供电电源。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种兼顾牵引电压补偿与铁路电力供电的铁路贯通线供电电源，由能量递入模块M1、左右互联型能量迁移模块M2、隔离型储能模块M3和公用直流型三相贯通供电模块M4构成；
所述能量递入模块M1由第一三相变压器T5、第六滤波单元F6、第七滤波单元F7、第八滤波单元F8、第八通用型功率单元U8、第九通用型功率单元U9和第十通用型功率单元U10组成；其中，所述第一三相变压器T5接入在牵引系统的左桥臂、右桥臂和回流线上，且其低压侧输出端连接第六滤波单元F6、第七滤波单元F7和第八滤波单元F8的输入端，所述第六滤波单元F6、第七滤波单元F7和第八滤波单元F8的输出端分别接入第八通用型功率单元U8、第九通用型功率单元U9和第十通用型功率单元U10，所述第八通用型功率单元U8、第九通用型功率单元U9和第十通用型功率单元U10的直流侧并入在左右互联型能量迁移模块M2的直流平波电容C两端；
所述左右互联型能量迁移模块M2由串联的第一变压器T1和第二变压器T2,以及第一滤波单元F1、第二滤波单元F2、第一通用型功率单元U1、第二通用型功率单元U2和直流平波电容C组成；其中，所述第一变压器T1和第二变压器T2分别串入牵引变压器的左桥臂和右桥臂，且其输出抽头分别接入所述第一滤波单元F1和第二滤波单元F2，所述第一滤波单元F1和第二滤波单元F2的输入端分别接入第一通用型功率单元U1和第二通用型功率单元U2，所述第一通用型功率单元U1和第二通用型功率单元U2的直流输出端并联后接入直流平波电容C的两端；
所述隔离型储能模块M3由第三通用型功率单元U3、中频变压器T3、第四通用型功率单元U4和超级电容SC组成；其中，所述通用型功率单元U3的直流侧接入在直流平波电容C的两端，输出端接入中频变压器T3，所述中频变压器T3的输出端接入第四通用型功率单元U4，所述第四通用型功率单元U4的直流侧接入超级电容SC；
所述公用直流型三相贯通供电模M4由第五通用型功率单元U5、第六通用型功率单元U6、第七通用型功率单元U7、第三滤波单元F3、第四滤波单元F4、第五滤波单元F5和第二三相变压器T4组成；其中，所述第五通用型功率单元U5、第六通用型功率单元U6和第七通用型功率单元U7组成三相星型逆变器，且其直流侧并联到左右互联型能量迁移模块M2中平波电容C的两端，交流侧分别接入第三滤波单元F3、第四滤波单元F4、第五滤波单元F5的输入端，所述第三滤波单元F3、第四滤波单元F4、第五滤波单元F5的输出端接入第二三相变压器T4，所述第二三相变压器T4设有A/B/C三相电压输出端。
进一步地，所述第一通用型功率单元U1、第二通用型功率单元U2、第三通用型功率单元U3、第四通用型功率单元U4、第五通用型功率单元U5、第六通用型功率单元U6、第七通用型功率单元U7、第八通用型功率单元U8、第九通用型功率单元U9和第十通用型功率单元U10均由单相全控型H桥组成。
本发明的有益效果是：
本发明通过上述技术方案，即可以补偿因牵引侧机车冲击性和非线性造成的电压质量问题，并为直流侧提供了强大的支撑，提供稳定的贯通线供电电源，大大提高了牵引侧的电能质量，同时内部通用型功率单元为统一拓扑、统一方案，具有相互替换，提高了供电电源在工况应用过程中的适用性，最终实现兼顾铁路牵引电压补偿和铁路电力供电，保障铁路贯通负荷的正常运行，整体功能强大，且结构简单、巧妙，易于实现，实现成本低，易于拓展，有利于普及应用。
附图说明
图1是本发明所述兼顾牵引电压补偿与铁路电力供电的贯通线供电电源实施例的结构示意图；
图2是本发明所述兼顾牵引电压补偿与铁路电力供电的贯通线供电电源实施例中通用型功率单元的结构示意图。
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和图2所示：
本发明实施例所述一种兼顾牵引电压补偿与铁路电力供电的铁路贯通线供电电源，由能量递入模块M1、左右互联型能量迁移模块M2、隔离型储能模块M3和公用直流型三相贯通供电模块M4构成。所述能量递入模块M1由第一三相变压器T5、第六滤波单元F6、第七滤波单元F7、第八滤波单元F8、第八通用型功率单元U8、第九通用型功率单元U9和第十通用型功率单元U10组成；其中，所述第一三相变压器T5接入在牵引系统的左桥臂、右桥臂和回流线上，且其低压侧输出端连接第六滤波单元F6、第七滤波单元F7和第八滤波单元F8的输入端，所述第六滤波单元F6、第七滤波单元F7和第八滤波单元F8的输出端分别接入第八通用型功率单元U8、第九通用型功率单元U9和第十通用型功率单元U10，所述第八通用型功率单元U8、第九通用型功率单元U9和第十通用型功率单元U10的直流侧并入在左右互联型能量迁移模块M2的直流平波电容C两端。所述左右互联型能量迁移模块M2由串联的第一变压器T1和第二变压器T2,以及第一滤波单元F1、第二滤波单元F2、第一通用型功率单元U1、第二通用型功率单元U2和直流平波电容C组成；其中，所述第一变压器T1和第二变压器T2分别串入牵引变压器的左桥臂和右桥臂，且其输出抽头分别接入所述第一滤波单元F1和第二滤波单元F2，所述第一滤波单元F1和第二滤波单元F2的输入端分别接入第一通用型功率单元U1和第二通用型功率单元U2，所述第一通用型功率单元U1和第二通用型功率单元U2的直流输出端并联后接入直流平波电容C的两端。所述隔离型储能模块M3由第三通用型功率单元U3、中频变压器T3、第四通用型功率单元U4和超级电容SC组成；其中，所述通用型功率单元U3的直流侧接入在直流平波电容C的两端，输出端接入中频变压器T3，所述中频变压器T3的输出端接入第四通用型功率单元U4，所述第四通用型功率单元U4的直流侧接入超级电容SC。所述公用直流型三相贯通供电模M4由第五通用型功率单元U5、第六通用型功率单元U6、第七通用型功率单元U7、第三滤波单元F3、第四滤波单元F4、第五滤波单元F5和第二三相变压器T4组成；其中，所述第五通用型功率单元U5、第六通用型功率单元U6和第七通用型功率单元U7组成三相星型逆变器，且其直流侧并联到左右互联型能量迁移模块M2中平波电容C的两端，交流侧分别接入第三滤波单元F3、第四滤波单元F4、第五滤波单元F5的输入端，所述第三滤波单元F3、第四滤波单元F4、第五滤波单元F5的输出端接入第二三相变压器T4，所述第二三相变压器T4设有A/B/C三相电压输出端。而且，所述第一通用型功率单元U1、第二通用型功率单元U2、第三通用型功率单元U3、第四通用型功率单元U4、第五通用型功率单元U5、第六通用型功率单元U6、第七通用型功率单元U7、第八通用型功率单元U8、第九通用型功率单元U9和第十通用型功率单元U10均由单相全控型H桥组成。
将兼顾牵引电压补偿与铁路电力供电的铁路贯通线供电电源应用到电气化铁路中(接入双侧牵引网系统)，首先能量递入模块M1的第一三相变压器T5接入牵引变压的牵引侧，第八通用型功率单元U8、第九通用型功率单元U9和第十通用型功率单元U10通过整流利用第六滤波单元F6、第七滤波单元F7、第八滤波单元F8向第一三相变压器T5的低压侧绕组索取能量送入直流侧。接着送入直流侧的能量一方面流向第三通用型功率单元U3，第三通用型功率单元U3利用中频变压器T3向第四通用型功率单元U4传递，第四通用型功率单元U4通过整流逆变控制将能量存储到超级电容SC；另一方面超级电容SC存储的能量也可以利用四通用型功率单元U4，中频变压器T3和第三通用型功率单元U3返送到直流侧。然后左右互联型能量迁移模块M2实现左右能量的迁移，一方面左侧第一变压器T1和第一滤波单元F1以及第一通用型功率单元U1在左侧发生机车能量返送时将部分能量引入直流侧以减低电压抬升，直流侧能能量也可以通过左侧第一变压器T1和第一滤波单元F1以及第一通用型功率单元U1在左侧发生机车取流时将直流侧能量返送到左侧牵引桥臂以减低电压低落；另一方面，右侧第二变压器T2以及第二滤波单元F2和第二通用型功率单元U2在右侧发生机车能量返送时将部分能量引入直流侧以减低电压抬升，直流侧能能量也可以通过右侧第二变压器T2以及第二滤波单元F2和第二通用型功率单元U2在右侧发生机车取流时将直流侧能量返送到右侧牵引桥臂以减低电压低落。另外，第一通用型功率单元U1和第二通用型功率单元U2可以通过第一滤波单元F1和第二滤波单元F2利用第一变压器T1和第二变压器T2向牵引桥臂的左侧和右侧注入谐波电压，进行牵引侧的谐波电压补偿。同时，公用直流型三相贯通供电模块M4通过公用的直流侧将能量利用第五通用型功率单元U5、第六通用型功率单元U6、第七通用型功率单元U7组成的三相星型逆变器，利用第三滤波单元F3、第四滤波单元F4、第五滤波单元F5和第二三相变压器T4释放到铁路电力贯通线10kV侧。能量递入模块M1、左右互联型能量迁移模块M2、隔离型储能模块M3和公用直流型三相贯通供电模块M4的能量在直流侧进行交汇，各部分又单独控制能量的流向和直流侧的稳定，最终实现兼顾电压补偿与铁路电力供电的铁路贯通线供电电源各项功能。
这样，通过本发明所述兼顾牵引电压补偿与铁路电力供电的贯通线供电电源一方面可以补偿因牵引侧机车冲击性和非线性造成的电压质量问题，稳定牵引侧电压；另一方面通过储能可以将电能向超级电容SC进行存储和释放，为直流侧提供了强大的支撑；另外，通过公用直流型三相贯通供电模块M4将直流侧逆变成交流电向铁路电力供电，提供稳定的贯通线供电电源(高压三相交流电源)，大大提高了牵引侧的电能质量，同时内部通用型功率单元为统一拓扑、统一方案，具有相互替换，提高了供电电源在工况应用过程中的适用性，最终可以实现兼顾铁路牵引电压补偿和铁路电力供电，保障铁路贯通负荷的正常运行，整体功能强大，且结构简单、巧妙，易于实现，实现成本低，易于拓展，有利于普及应用，尤其是功率单元部分为通用型，可以相互替换，具有较强的工程实践价值。
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 (2)

1.一种兼顾牵引电压补偿与铁路电力供电的铁路贯通线供电电源，其特征在于：由能量递入模块M1、左右互联型能量迁移模块M2、隔离型储能模块M3和公用直流型三相贯通供电模块M4构成；
所述能量递入模块M1由第一三相变压器T5、第六滤波单元F6、第七滤波单元F7、第八滤波单元F8、第八通用型功率单元U8、第九通用型功率单元U9和第十通用型功率单元U10组成；其中，所述第一三相变压器T5接入在牵引系统的左桥臂、右桥臂和回流线上，且其低压侧输出端连接第六滤波单元F6、第七滤波单元F7和第八滤波单元F8的输入端，所述第六滤波单元F6、第七滤波单元F7和第八滤波单元F8的输出端分别接入第八通用型功率单元U8、第九通用型功率单元U9和第十通用型功率单元U10，所述第八通用型功率单元U8、第九通用型功率单元U9和第十通用型功率单元U10的直流侧并入在左右互联型能量迁移模块M2的直流平波电容C两端；
所述左右互联型能量迁移模块M2由串联的第一变压器T1和第二变压器T2,以及第一滤波单元F1、第二滤波单元F2、第一通用型功率单元U1、第二通用型功率单元U2和直流平波电容C组成；其中，所述第一变压器T1和第二变压器T2分别串入牵引变压器的左桥臂和右桥臂，且其输出抽头分别接入所述第一滤波单元F1和第二滤波单元F2，所述第一滤波单元F1和第二滤波单元F2的输入端分别接入第一通用型功率单元U1和第二通用型功率单元U2，所述第一通用型功率单元U1和第二通用型功率单元U2的直流输出端并联后接入直流平波电容C的两端；
所述隔离型储能模块M3由第三通用型功率单元U3、中频变压器T3、第四通用型功率单元U4和超级电容SC组成；其中，所述通用型功率单元U3的直流侧接入在直流平波电容C的两端，输出端接入中频变压器T3，所述中频变压器T3的输出端接入第四通用型功率单元U4，所述第四通用型功率单元U4的直流侧接入超级电容SC；
所述公用直流型三相贯通供电模M4由第五通用型功率单元U5、第六通用型功率单元U6、第七通用型功率单元U7、第三滤波单元F3、第四滤波单元F4、第五滤波单元F5和第二三相变压器T4组成；其中，所述第五通用型功率单元U5、第六通用型功率单元U6和第七通用型功率单元U7组成三相星型逆变器，且其直流侧并联到左右互联型能量迁移模块M2中平波电容C的两端，交流侧分别接入第三滤波单元F3、第四滤波单元F4、第五滤波单元F5的输入端，所述第三滤波单元F3、第四滤波单元F4、第五滤波单元F5的输出端接入第二三相变压器T4，所述第二三相变压器T4设有A/B/C三相电压输出端。
2.权利要求1所述兼顾牵引电压补偿与铁路电力供电的铁路贯通线供电电源，其特征在于：所述第一通用型功率单元U1、第二通用型功率单元U2、第三通用型功率单元U3、第四通用型功率单元U4、第五通用型功率单元U5、第六通用型功率单元U6、第七通用型功率单元U7、第八通用型功率单元U8、第九通用型功率单元U9和第十通用型功率单元U10均由单相全控型H桥组成。
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