CN109861551A - 一种轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统，包括前级模组、高频变压器、后级模组；前级模组包括三组单元，前级模组的输入端按照Y型或△型连接，并通过电抗器直挂在三相中高压电网上；前级模组的输出通过高频变压器连接到后级模组的输入上；后级模组包括三组单元，后级模组的输出串联组成单相高电压输出。本发明的轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统，三相电流平衡，不存在负序分量，入网无功电流和谐波电流完全可控；模块化配置，维护方便；整体功率密度高，避免了体积庞大的工频变压器；容错能力强，一定数量内模组出现故障不影响系统输出。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通同相供电领域，尤其涉及一种轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统。
背景技术
电气化铁路的牵引负荷为单相交流负荷，使牵引供电系统三相严重不平衡，并且存在无功电流。为了降低三相不平衡的影响，牵引变压器采用换相连接，导致各供电区段电压不同，必须用分相绝缘器分隔。分相绝缘器限制了机车平滑连续地受流，成了供电的薄弱环节，制约了高速、重载铁路的发展。
目前有变电所采用同相供电技术，通过斯科特变压器连接在电网上，实时检测系统的综合补偿电流，控制有源滤波器，平衡三相，滤除无功电流，牵引变压器原边不再轮换，同相供电系统变电所也不用设置分相绝缘器，但是采用斯科特工频变压器占地尺寸大，成本高。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统，占地尺寸小、功率密度高、可靠性高，通过设备自身控制使得三相电流平衡，且无功电流和谐波电流完全受控。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统，包括前级模组、高频变压器、后级模组；前级模组包括三组单元，前级模组的输入端按照Y型或△型连接，并通过电抗器直挂在三相中高压电网上；前级模组的输出通过高频变压器连接到后级模组的输入上；后级模组包括三组单元，后级模组的输出串联组成单相高电压输出。
进一步地，每组单元由n个单模组级联，前级模组包括3n个单模组，后级模组包括3n个单模组。
进一步地，包括3n个高频变压器。
进一步地，每个单模组包括8个IGBT开关，组成一个整流桥和一个逆变桥；还包括支撑电容、输入连接排、输出连接排。
进一步地，前级模组工频交流电压由输入连接排引入，经整流桥整流成直流电压，通过支撑电容滤波稳压后，经逆变桥逆变成高频交流电压，由输出连接排引出。
进一步地，后级模组高频交流电压由输入连接排引入，经整流桥整流成直流电压，通过支撑电容滤波稳压后，经逆变桥逆变成工频交流电压，由输出连接排引出。
进一步地，每个单模组还包括旁路开关，输入连接排和输出连接排均配置旁路开关。
进一步地，系统正常工作时，旁路开关处于断开状态；当某个单模组出现故障时，同时闭合该单模组的前后两个旁路开关，旁路掉该单模组，同时按比例调整其他单模组的调制度，提高单模组的输出电压，维持整体输出电压不变。
进一步地，所述供电系统还包括输出滤波器，串联在后级模组的输出端。
有益效果：本发明的轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统，三相电流平衡，不存在负序分量，入网无功电流和谐波电流完全可控；模块化配置，维护方便；整体功率密度高，避免了体积庞大的工频变压器；容错能力强，一定数量内模组出现故障不影响系统输出。
附图说明
图1是系统结构图，(a)电网侧Y接，(b)电网侧△接；
图2是单模组拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示，本发明所述的轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统，由三相输入电抗器、6n个模组、3n个高频变压器、三相输出滤波器组成。
轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统，包括前级模组、高频变压器、后级模组；前级模组包括三组单元，前级模组的输入端按照Y型或△型连接，并通过电抗器直挂在三相中高压电网上；前级模组的输出通过高频变压器连接到后级模组的输入上；后级模组包括三组单元，后级模组的输出串联组成单相高电压输出，实现三相到单相的转换。
前级模组三相按相位同时控制，三相输入电源同时工作，三相电流均衡，不存在分相运行状态。在二相旋转坐标系下电流解耦后无功电流和谐波电流完全受控，可以在单位功率因数下运行，不对电网产生无功和谐波。也可以按照指令吸收/发出一定的无功/谐波，实现无功补偿、有源滤波的功能。
每组单元由n个单模组级联，通过n个单模组级联实现电压的倍增。通过多个低压单模组级联实现电压的倍增，使得低压单模组经电抗器直接连接在中高压电网上。供电设备与电网、单相负荷之间没有工频变压器，降低占地尺寸。
前级模组包括3n个单模组，后级模组包括3n个单模组，共6n个单模组、3n个高频变压器。与电网连接的3n个单模组经过3n个高频变压器与后级的3n个模组相连，实现了电磁隔离。采用高频变压器实现电磁隔离，相比工频变压器，大大降低了占地尺寸，提高了设备功率密度。
根据电网电压、负荷电压、每个模组的额定电压及冗余度计算串联数量n和变压器变比。
如图2所示，每个单模组包括8个IGBT开关(VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8)，组成一个整流桥H1和一个逆变桥H2；还包括支撑电容C、输入连接排AC1、输出连接排AC2、散热器、驱动回路。
前级模组工频交流电压由输入连接排引入，经H1桥(VT1、VT2、VT3、VT4)整流成直流电压，通过支撑电容滤波稳压后，经H2桥(VT5、VT6、VT7、VT8)逆变成高频交流电压，由输出连接排引出。
后级模组高频交流电压由输入连接排引入，经H1桥(VT1、VT2、VT3、VT4)整流成直流电压，通过支撑电容滤波稳压后，经H2桥(VT5、VT6、VT7、VT8)逆变成工频交流电压，由输出连接排引出。
每个单模组还包括旁路开关(Q1、Q2)，输入连接排和输出连接排均配置旁路开关。系统正常工作时，旁路开关处于断开状态；当某个单模组出现故障时，同时闭合该单模组的前后两个旁路开关，旁路掉该单模组，同时按比例调整其他单模组的调制度，提高单模组的输出电压，维持整体输出电压不变，提高了系统的容错能力。
供电系统还包括输出滤波器，串联在后级模组的输出端。所有3n个后级单模组串联在一起组成单相电压输出，其电平数和等效开关频率相对单个模组成倍增加，使得其电压谐波含量降低，滤波器容量降低。
Claims (9)
1.一种轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统，其特征在于，包括前级模组、高频变压器、后级模组；前级模组包括三组单元，前级模组的输入端按照Y型或△型连接，并通过电抗器直挂在三相中高压电网上；前级模组的输出通过高频变压器连接到后级模组的输入上；后级模组包括三组单元，后级模组的输出串联组成单相高电压输出。
2.根据权利要求1所述的轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统，其特征在于，每组单元由n个单模组级联，前级模组包括3n个单模组，后级模组包括3n个单模组。
3.根据权利要求2所述的轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统，其特征在于，包括3n个高频变压器。
4.根据权利要求2所述的轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统，其特征在于，每个单模组包括8个IGBT开关，组成一个整流桥(H1)和一个逆变桥(H2)；还包括支撑电容(C)、输入连接排(AC1)、输出连接排(AC2)。
5.根据权利要求4所述的轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统，其特征在于，前级模组工频交流电压由输入连接排(AC1)引入，经整流桥(H1)整流成直流电压，通过支撑电容滤波稳压后，经逆变桥(H2)逆变成高频交流电压，由输出连接排(AC2)引出。
6.根据权利要求4所述的轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统，其特征在于，后级模组高频交流电压由输入连接排(AC1)引入，经整流桥(H1)整流成直流电压，通过支撑电容滤波稳压后，经逆变桥(H2)逆变成工频交流电压，由输出连接排(AC2)引出。
7.根据权利要求4所述的轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统，其特征在于，每个单模组还包括旁路开关，输入连接排和输出连接排均配置旁路开关。
8.根据权利要求7所述的轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统，其特征在于，系统正常工作时，旁路开关处于断开状态；当某个单模组出现故障时，同时闭合该单模组的前后两个旁路开关，旁路掉该单模组，同时按比例调整其他单模组的调制度，提高单模组的输出电压，维持整体输出电压不变。
9.根据权利要求1所述的轨道交通用直挂式模块化三相转单相供电系统，其特征在于，所述供电系统还包括输出滤波器，串联在后级模组的输出端。
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