CN110165906A - 一种电力电子变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力电子变压器，其包括多绕组牵引变压器TT，多绕组牵引变压器TT的原边三相绕组与三相电网相连，绕组牵引变压器TT的次边绕组的输出相分别连接有若干电力电子变压器模块，每个电力电子变压器模块均包括并联的单相整流器A和单相整流器B，单相整流器A和单相整流器B的输入端均与次边绕组的输出相连接，单相整流器A和单相整流器B的输出端均与单相逆变器C的输入端连接，单相逆变器C的输出端与接触网P连接。本发明的使用，可以实现贯通同相供电并取消牵引网的电分相，能够解决负序问题和无功的动态补偿、治理单相负荷的谐波、实现能量回馈，从而改善电网的电能质量。

Description

一种电力电子变压器
技术领域
本发明涉及电气控制技术领域，具体涉及一种电力电子变压器。
背景技术
目前，我国存在大量的单相负荷，尤其是我国的牵引供电系统，电气化铁道采用单相工频交流制，牵引供电系统通过牵引变电所与电力系统相连接，牵引变电所的核心设备是牵引变压器。近几年来，直供方式的Vv接线的牵引变压器，AT方式的Vx接线的牵引变压器，YNvd牵引变压器，Scott牵引变压器等实现了三相-两相变换，但是我国牵引供电系统都存在两个主要问题：电分相问题，负序问题。电分相问题使得供电线路存在无电区，无电区的存在严重影响牵引供电系统的整体性能；牵引负荷是单相负荷，具有严重的不对称性，因此向电力系统注入大量负序电流，引起三相电网的严重不平衡。并且当机车紧急制动时，产生的能量无法返回电网，只通过电阻消耗多余的能量，不利于节能。同相供电系统主要针对现有的牵引供电系统进行改造，解决传统牵引变电所无功、谐波、负序等电能质量等问题，同时使得电分相数目减半，但无法实现牵引网的全线贯通。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种既能够取消变电所内的电分相，也能够取消变电所间的电分相，实现全线贯通的电力电子变压器。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种电力电子变压器，其包括多绕组牵引变压器TT，多绕组牵引变压器TT的原边三相绕组与三相电网相连，绕组牵引变压器TT的次边绕组的输出相分别连接有若干电力电子变压器模块，每个电力电子变压器模块的输入端均与多绕组牵引变压器TT的次边绕组的输出相连接，每个电力电子变压器模块的输出端均与接触网P连接。
进一步地，电力电子变压器模块均包括并联的单相整流器A和单相整流器B，单相整流器A和单相整流器B的输入端与多绕组牵引变压器TT的次边绕组的输出相连接，单相整流器A和单相整流器B的输出端均与单相逆变器C的输入端连接，单相逆变器C的输出端与接触网P和铁轨N连接。
进一步地，单相整流器A的正输入端AiP、负输入端AiN与牵引变压器TT次边绕组的α输出相相连，单相整流器A的正输出端AoP与单相逆变器C的正输入端CiP相连，单相整流器A的负输出端AoN与单相逆变器C的负输入端CiN相连；单相整流器B的正输入端BiP、负输入端BiN分别与牵引变压器TT次边绕组的β输出相相连，单相整流器B的正输出端BoP与单相逆变器C的正输入端CiP相连，单相整流器B的负输出端BoN与单相逆变器C的负输入端CiN相连；单相逆变器C的正输出端CoP与接触网P相连，单相逆变器C的负输出端CoN与铁轨N相连。
进一步地，多绕组牵引变压器TT为多绕组Scott变压器、阻抗匹配变压器或YNvd变压器中的任意一种。
一种电力电子变压器，其包括牵引变压器T，牵引变压器T的原边绕组通过降压变压器T1与三相电网连接，牵引变压器T通过电力电子变压器模块与升压变压器T2连接，升压变压器T2的次边绕组与接触网P和铁轨N连接。
进一步地，电力电子变压器模块包括两个并联的单相整流器a和单相整流器b，单相整流器a和单相整流器b的输入端均与牵引变压器T的次边绕组连接，单相整流器a和单相整流器b的输出端均与单相逆变器c的输入端连接，单相逆变器c的输出端与升压变压器T2的原边绕组连接。
进一步地，单相整流器a的正输入端aiP、负输入端aiN与牵引变压器T次边绕组的α输出相相连，单相整流器a的正输出端aoP与单相逆变器c的正输入端ciP相连，单相整流器a的负输出端aoN与单相逆变器c的负输入端ciN相连；单相整流器B的正输入端biP、负输入端biN分别与牵引变压器T次边绕组的β输出相相连，单相整流器b的正输出端boP与单相逆变器c的正输入端ciP相连，单相整流器b的负输出端boN与单相逆变器c的负输入端ciN相连；单相逆变器c的正输出端coP与升压变压器T2的原边绕组连接。
进一步地，牵引变压器T为多绕组Scott变压器、阻抗匹配变压器或YNvd变压器中的任意一种。
本发明的有益效果为：本方案在使用牵引变电所内部的多绕组变压器TT的基础上，经过若干个电力电子变压器模块变换，将若干组两个的单相电转成直流电再经逆变转换成一个单相电用于牵引网。本装置取消了过分相，解决了单个牵引变电所容量不足的问题，并且当牵引机车处于再生制动时，能够向电网反馈达标的电能，实现能量的双向流动。本装置在中间直流侧通过单相整流器输出侧串联或并联，在端口处可以减小直流电压纹波。本发明既有利于我国铁路事业的发展，又有利于环境、节约电能。
多绕组牵引变压器TT将三相电网的三相交流电变换为多组两相交流电和输出，并且单相整流器A和单相整流器B将多绕组牵引变压器TT输出的两相交流电变换为直流电，单相逆变器C将直流电变换为单相交流电，若干个电力电子变压器模块的单相逆变器输出串联，提升了单个牵引变电所的容量,无需升压变压器可直接并入牵引网，实现贯通式同相供电。
其中单相整流器A、单相整流器B输出侧并联可以去掉二次滤波支路，消除直流电压纹波，从而减小中间直流侧电容需求。单牵引变电所应用本发明时可取消变电所内的电分相，全线使用时可取消变电所内与变电所间电分相，实现电气化铁路贯通式同相牵引供电。
本方案中还可采用单个的电力电子变压器模块代替若干电力电子变压器模块并联，利用降压变压器实现对三相交流电降压，牵引变压器T将降压后的三相交流电变换为两相交流电输入单个的电力电子变压器模块，单相交流电再经升压变压器T2升压后并入接触网，单向整流器a和单向整流器A、单向整流器b和单向整流器B具有相同的功能。
本发明的使用，可以实现贯通同相供电并取消牵引网的电分相，能够解决负序问题和无功的动态补偿、治理单相负荷的谐波、实现能量回馈，从而改善电网的电能质量。
附图说明
图1为具有若干个电力电子变压器模块的电力电子变压器的电路拓扑图。
图2为具有单个电力电子变压器模块的电力电子变压器的电路拓扑图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，电力电子变压器包括多绕组牵引变压器TT，多绕组牵引变压器TT的原边三相绕组与三相电网相连，绕组牵引变压器TT的次边绕组的输出相分别连接有若干电力电子变压器模块，每个电力电子变压器模块均包括并联的单相整流器A和单相整流器B，单相整流器A和单相整流器B的输入端均与多绕组牵引变压器TT的次边绕组的输出相连接，单相整流器A和单相整流器B的输出端均与单相逆变器C的输入端连接，单相逆变器C的输出端与接触网P连接。
单相整流器A的正输入端AiP、负输入端AiN与牵引变压器TT次边绕组的α输出相相连，单相整流器A的正输出端AoP与单相逆变器C的正输入端CiP相连，单相整流器A的负输出端AoN与单相逆变器C的负输入端CiN相连；单相整流器B的正输入端BiP、负输入端BiN分别与牵引变压器TT次边绕组的β输出相相连，单相整流器B的正输出端BoP与单相逆变器C的正输入端CiP相连，单相整流器B的负输出端BoN与单相逆变器C的负输入端CiN相连；单相逆变器C的正输出端CoP与接触网P相连，单相逆变器C的负输出端CoN与铁轨N相连。
多绕组牵引变压器TT为多绕组Scott变压器、阻抗匹配变压器或YNvd变压器的任意一种。
如图2所示，一种电力电子变压器包括牵引变压器T，牵引变压器T的原边绕组通过降压变压器T1与三相电网连接，牵引变压器T通过电力电子变压器模块与升压变压器T2连接，升压变压器T2的次边绕组与接触网P和铁轨N连接；电力电子变压器模块包括两个并联的单相整流器a和单相整流器b，单相整流器a和单相整流器b的输入端均与牵引变压器T的次边绕组连接，单相整流器a和单相整流器b的输出端均与单相逆变器c的输入端连接，单相逆变器c的输出端与升压变压器T2的原边绕组连接。
单相整流器a的正输入端aiP、负输入端aiN与牵引变压器T次边绕组的α输出相相连，单相整流器a的正输出端aoP与单相逆变器c的正输入端ciP相连，单相整流器a的负输出端aoN与单相逆变器c的负输入端ciN相连；单相整流器B的正输入端biP、负输入端biN分别与牵引变压器T次边绕组的β输出相相连，单相整流器b的正输出端boP与单相逆变器c的正输入端ciP相连，单相整流器b的负输出端boN与单相逆变器c的负输入端ciN相连；单相逆变器c的正输出端coP与升压变压器T2的原边绕组连接。
牵引变压器T为多绕组Scott变压器、阻抗匹配变压器或YNvd变压器的任意一种。
本方案在使用牵引变电所内部的多绕组变压器的基础上，经过若干个电力电子变压器模块变换，将若干组两个的单相电转成直流电再经过逆变转换成一个单相电用于牵引网。本装置取消了过分相，解决了单个牵引变电所容量不足的问题，并且当牵引机车处于再生制动时，能够向电网反馈达标的电能，实现能量的双向流动。本装置在中间直流侧通过单相整流器输出侧串联或并联，在端口处可以减小直流电压纹波。本发明既有利于我国铁路事业的发展，又有利于环境、节约电能。
多绕组牵引变压器TT将三相电网的三相交流电变换为多组两相交流电和输出，并且单相整流器A和单相整流器B将多绕组牵引变压器TT输出的两相交流电变换为直流电，单相逆变器C将直流电变换为单相交流电，若干个电力电子变压器模块的单相逆变器C输出串联，提升了单个牵引变电所的容量,无需升压变压器可直接并入牵引网，实现贯通式同相供电；其中单相整流器A、单相整流器B输出侧并联可以去掉二次滤波支路，消除直流电压纹波，从而减小中间直流侧电容需求。单牵引变电所应用本发明时可取消变电所内的电分相，全线使用时可取消变电所内与变电所间电分相，实现电气化铁路贯通式同相牵引供电。
本方案中还可采用单个的电力电子变压器模块，利用降压变压器实现对三相交流电降压，牵引变压器T将降压后的三相交流电变换为两相交流电输入单个的电力电子变压器模块，单相整流器a和单相整流器A、单相整流器b和单相整流器B具有相同的功能，单相交流电再经升压变压器T2升压后并入接触网。
以图1的具有若干个电力电子变压器模块的电力电子变压器为例阐述多绕组牵引变压器输出的一组两相电在特殊角度90°，如多绕组YNvd牵引变压器时，可以减小直流电压纹波的原理如下：αn相输入功率表达式为：
其中，van和ian分别为αn相输入电压和输入电流；Vs和Is分别为αn相输入电压和输入电流峰值；ω为电网电压角速度；pαn为αn相输入功率。
图2中βn相输入功率表达式为：
其中，vβn和iβn分别为β相输入电压和输入电流；Vs和Is分别为β相输入电压和输入电流峰值；ω为电网电压角速度；pβn为β相输入功率。
可以知道，单相整流器输出电压存在波动的原因是单相整流器的输入功率波动造成的，通过在单相整流器A和单相整流器B输出侧采用并联结构，如公式：
pin＝pαn+pβn＝VsIs
可以知道功率是维持恒定的，输出电压voan和voβn也能保持恒定，因此通过输出侧并联可以将整流器输出侧波动幅值降低。
本发明的使用，可以实现贯通同相供电并取消牵引网的电分相，能够解决负序问题和无功的动态补偿、治理单相负荷的谐波、实现能量回馈，从而改善电网的电能质量。

Claims (8)

1.一种电力电子变压器，其特征在于，包括多绕组牵引变压器TT，所述多绕组牵引变压器TT的原边三相绕组与三相电网相连，所述绕组牵引变压器TT的次边绕组的输出相分别连接有若干电力电子变压器模块，每个所述电力电子变压器模块的输入端均与多绕组牵引变压器TT的次边绕组的输出相连接，每个所述电力电子变压器模块的输出端均与接触网P连接。
2.根据权利要求1所述的电力电子变压器，其特征在于，所述电力电子变压器模块均包括并联的单相整流器A和单相整流器B，所述单相整流器A和单相整流器B的输入端与多绕组牵引变压器TT的次边绕组的输出相连接，所述单相整流器A和单相整流器B的输出端均与单相逆变器C的输入端连接，所述单相单相逆变器C的输出端与接触网P和铁轨N连接。
3.根据权利要求2所述的电力电子变压器，其特征在于，所述单相整流器A的正输入端AiP、负输入端AiN均与牵引变压器TT次边绕组的α输出相相连，所述单相整流器A的正输出端AoP与单相逆变器C的正输入端CiP相连，所述单相整流器A的负输出端AoN与单相逆变器C的负输入端CiN相连；所述单相整流器B的正输入端BiP、负输入端BiN分别与牵引变压器TT次边绕组的β输出相相连，所述单相整流器B的正输出端BoP与单相逆变器C的正输入端CiP相连，所述单相整流器B的负输出端BoN与单相逆变器C的负输入端CiN相连；所述单相逆变器C的正输出端CoP与接触网P相连，所述单相逆变器C的负输出端CoN与铁轨N相连。
4.根据权利要求1所述的电力电子变压器，其特征在于，所述多绕组牵引变压器TT为多绕组Scott变压器、阻抗匹配变压器或YNvd变压器中的任意一种。
5.一种电力电子变压器，其特征在于，包括牵引变压器T，所述牵引变压器T的原边绕组通过降压变压器T1与三相电网连接，所述牵引变压器T通过电力电子变压器模块与升压变压器T2连接，所述升压变压器T2的次边绕组与接触网P和铁轨N连接。
6.根据权利要求5所述的电力电子变压器，其特征在于，所述电力电子变压器模块包括两个并联的单相整流器a和单相整流器b，所述单相整流器a和单相整流器b的输入端均与牵引变压器T的次边绕组连接，所述单相整流器a和单相整流器b的输出端均与单相逆变器c的输入端连接，所述单相逆变器c的输出端与升压变压器T2的原边绕组连接。
7.根据权利要求6所述的电力电子变压器，其特征在于，所述单相整流器a的正输入端aiP、负输入端aiN与牵引变压器T次边绕组的α输出相相连，所述单相整流器a的正输出端aoP与单相逆变器c的正输入端ciP相连，所述单相整流器a的负输出端aoN与单相逆变器c的负输入端ciN相连；所述单相整流器B的正输入端biP、负输入端biN分别与牵引变压器T次边绕组的β输出相相连，所述单相整流器b的正输出端boP与单相逆变器c的正输入端ciP相连，所述单相整流器b的负输出端boN与单相逆变器c的负输入端ciN相连；所述单相逆变器c的正输出端coP与升压变压器T2的原边绕组连接。
8.根据权利要求5所述的电力电子变压器，其特征在于，所述牵引变压器T为多绕组Scott变压器、阻抗匹配变压器或YNvd变压器中的任意一种。
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