CN111244947A - 一种新型同相供电装置 - Google Patents

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Abstract

一种新型同相供电装置，包括牵引变压器TT和同相供电装置AA，同相供电装置AA由交交变流器的多个级联型阀组串构成，其中阀组两端为输入端口，可接入高压供电母线，通过阀间输出端口接入牵引母线。通过对阀组H1和阀组H2的控制，可调节输出端口电压的相位与幅值，使得输出端口电压幅值相位与牵引变压器TT副边输出相同。阀组H3作为冗余阀组，当H1或H2发生故障时，通过合分阀组间断路器，使冗余阀组H3代替故障阀组继续运行。这种新型同相供电装置，相比其他同相供电装置，去掉了高压匹配变压器、牵引匹配变压器，降低了成本同时，降低了设备复杂度，相应降低了故障率，同相供电装置在电压控制上更为灵活简便，可用于电气化铁路牵引同相供电。

Description

一种新型同相供电装置
技术领域
本发明涉及电气化铁路技术领域，特别涉及一种新型同相供电装置。
背景技术
电气化铁道普遍采用由公用电力系统供电的单相工频交流制，为使单相的牵引负荷在三相电力系统中尽可能均匀分配，电气化铁道往往采用轮换相序、分相分区供电的方案。电分相环节是整个牵引供电系统中最薄弱的环节，列车过分相是高速铁路乃至整个电气化铁路牵引供电的瓶颈。
相对于轮换相序、分段分区牵引供电方式，同相牵引供电方式可以在取消牵引变电所出口处电分相、消除供电瓶颈、增加供电能力、增强节能效果的同时，还能有效治理负序电流、达到以三相电压不平衡度国标限值为主的电能质量要求，是一种理想的电气化铁路牵引供电方式。
现阶段的同相供电的装置都普遍使用牵引变压器、高压匹配变压器。而各种牵引变压器如Scott，Leblanc、(变型)Wood-Bridge及YNvd等，都属特殊制造变压器，相对成本较高，且使用率不足，因此经济性较差。
发明内容
为了解决背景技术提出的技术问题，本发明提供一种新型同相供电装置，一种可直连高压供电网，牵引电网的同相供电装置，该装置基于H桥交交变流器结构，控制灵活准确，相比当前的几种同相供电装置方案，在成本上更具优势，系统结构更为完善，具备冗余性，且冗余设备成本减半。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种新型同相供电装置，包括牵引变压器TT和同相供电装置AA，牵引变压器TT一次侧连接三相电源中的第一相和第二相，二次侧输出单相供电电源。
所述的同相供电装置AA由交交变流器的多个级联型阀组串构成，第一阀组串与第二阀组串串联形成阀组H1，第三阀组串与第四阀组串串联形成阀组H2，第五阀组串与第六阀组串串联形成阀组H3。
阀组H1与阀组H2和阀组H3上端短接为同相供电装置AA的第一输入端UIN1，连接至三相电源中的第三相，阀组H1与阀组H2和阀组H3下端短接为同相供电装置AA的第二输入端UIN2，并连接至三相电源中的第一相或第二相或连接至牵引变压器TT的一次侧中部的输出端子。
阀组H1中第一阀组串与第二阀组串串联的中间点B1与阀组H3中第五阀组串与第六阀组串串联的中间点B3相连，共同输出同相供电装置AA的第一输出端OUT1；阀组H2中第三阀组串与第四阀组串串联的中间点B2与阀组H3中第五阀组串与第六阀组串串联的中间点B3相连，共同输出同相供电装置AA的第二输出端OUT2。
阀组H1中第一阀组串与第二阀组串串联的中间点B1与第一输出端OUT1之间还设置有第一断路器K3；阀组H3中第五阀组串与第六阀组串串联的中间点B3与第一输出端OUT1之间还设置有第二断路器K4；阀组H2中第三阀组串与第四阀组串串联的中间点B2与第二输出端OUT2之间还设置有第三断路器K5；阀组H3中第五阀组串与第六阀组串串联的中间点B3与第一输出端OUT2之间还设置有第四断路器K6。
由第一输出端OUT1与第二输出端OUT2两端输出单相供电电源；与牵引变压器TT的二次侧输出端共同为电气化铁路供电。
所述的一种新型同相供电装置的控制方法，包括如下：
1)通过对阀组H1和阀组H2的控制，调节输出端口OUT1和OUT2电压的相位、频率及幅值，使得输出端口电压的相位、频率及幅值与牵引变压器TT副边输出相同；
2)运行中，牵引变压器TT和同相补偿装置AA同时为牵引网的牵引负荷供电，主要由牵引变压器TT供电，同相补偿装置则用于调节三相间能量平衡；
3)对于同相供电装置AA的容量设计应遵循：同相供电装置AA计算容量＝牵引负荷计算容量-牵引变压器TT计算容量；
4)正常运行时，第二断路器K4和第四断路器K6断开，阀组H3作为冗余阀组，不输出；
5)当H1发生故障时，第一断路器K3断开，第二断路器K4闭合，通过对阀组H2和阀组H3的控制，调节输出端口OUT1和OUT2电压的相位、频率及幅值，使得输出端口电压的相位、频率及幅值与牵引变压器TT副边输出相同，使冗余阀组H3代替故障阀组继续运行；
6)当H2发生故障时，第三断路器K5断开，第四断路器K6闭合，通过对阀组H1和阀组H3的控制，调节输出端口OUT1和OUT2电压的相位、频率及幅值，使得输出端口电压的相位、频率及幅值与牵引变压器TT副边输出相同，使冗余阀组H3代替故障阀组继续运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明相比其他同相供电装置，去掉了高压匹配变压器、牵引匹配变压器，降低了成本同时，降低了设备复杂度，相应降低了故障率。
2)本发明中基于H桥的交交变流器结构在电压控制上更为灵活可靠。
3)本发明中同相供电装置具备冗余设计，其冗余成本可降低设备成本的50％，更能适用于牵引变电所同相供电装置a用b备的应用场景。
4)本发明除了适于直接供电的牵引变电所和牵引网外，亦用于AT供电的牵引变电所及其牵引网。
附图说明
图1是本发明的一种新型同相供电装置的实施例一图；
图2是本发明的一种新型同相供电装置的实施例二图；
图3是本发明的一种新型同相供电装置的实施例三图；
图4是本发明中使用的交交变流器的级联型阀组串电气结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1-3所示，一种新型同相供电装置，包括牵引变压器TT和同相供电装置AA，牵引变压器TT一次侧连接三相电源中的第一相A和第二相B，二次侧输出单相供电电源。
所述的同相供电装置AA由交交变流器的多个级联型阀组串构成，级联型阀组串结构见图4，第一阀组串F1与第二阀组串F2串联形成阀组H1，第三阀组串F3与第四阀组串F4串联形成阀组H2，第五阀组串F5与第六阀组串F6串联形成阀组H3。
阀组H1与阀组H2和阀组H3上端短接为同相供电装置AA的第一输入端UIN1，连接至三相电源中的第三相C，阀组H1与阀组H2和阀组H3下端短接为同相供电装置AA的第二输入端UIN2，并连接至三相电源中的第一相A或第二相B或连接至牵引变压器TT的一次侧中部的输出端子。图1为第二输入端UIN2连接至牵引变压器TT的一次侧中心点的输出端子实施例图，图2为第二输入端UIN2连接至三相电源中的第一相A或第二相B实施例图。
阀组H1中第一阀组串F1与第二阀组串串联F2的中间点B1与阀组H3中第五阀组串F5与第六阀组串F6串联的中间点B3相连，共同输出同相供电装置AA的第一输出端OUT1；阀组H2中第三阀组串F3与第四阀组串F4串联的中间点B2与阀组H3中第五阀组串F5与第六阀组串F6串联的中间点B3相连，共同输出同相供电装置AA的第二输出端OUT2。
阀组H1中第一阀组串F1与第二阀组串F2串联的中间点B1与第一输出端OUT1之间还设置有第一断路器K3；阀组H3中第五阀组串F5与第六阀组串F6串联的中间点B3与第一输出端OUT1之间还设置有第二断路器K4；阀组H2中第三阀组串F3与第四阀组串F4串联的中间点B2与第二输出端OUT2之间还设置有第三断路器K5；阀组H3中第五阀组串F5与第六阀组串F6串联的中间点B3与第一输出端OUT2之间还设置有第四断路器K6。
由第一输出端OUT1与第二输出端OUT2两端输出单相供电电源；与牵引变压器TT的二次侧输出端共同为电气化铁路供电。图1和图2为一种输出供电实施例图，图中，输出端直接接入牵引母线；HV-BUS为高压配电网，T-BUS为接触网，G为钢轨。图3为另一种输出供电实施例图，AT、TS分别是AT牵引网中的负馈线和接触线，G为钢轨。
所述的一种新型同相供电装置的控制方法，包括如下：
1)通过对阀组H1和阀组H2的控制，调节输出端口OUT1和OUT2电压的相位、频率及幅值，使得输出端口电压的相位、频率及幅值与牵引变压器TT副边输出相同；
2)运行中，牵引变压器TT和同相补偿装置AA同时为牵引网的牵引负荷供电，主要由牵引变压器TT供电，同相补偿装置则用于调节三相间能量平衡；
3)对于同相供电装置AA的容量设计应遵循：同相供电装置AA计算容量＝牵引负荷计算容量-牵引变压器TT计算容量；
4)正常运行时，第二断路器K4和第四断路器K6断开，阀组H3作为冗余阀组，不输出；
5)当H1发生故障时，第一断路器K3断开，第二断路器K4闭合，通过对阀组H2和阀组H3的控制，调节输出端口OUT1和OUT2电压的相位、频率及幅值，使得输出端口电压的相位、频率及幅值与牵引变压器TT副边输出相同，使冗余阀组H3代替故障阀组继续运行；
6)当H2发生故障时，第三断路器K5断开，第四断路器K6闭合，通过对阀组H1和阀组H3的控制，调节输出端口OUT1和OUT2电压的相位、频率及幅值，使得输出端口电压的相位、频率及幅值与牵引变压器TT副边输出相同，使冗余阀组H3代替故障阀组继续运行。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (2)

1.一种新型同相供电装置，其特征于，包括牵引变压器TT和同相供电装置AA，牵引变压器TT一次侧连接三相电源中的第一相和第二相，二次侧输出单相供电电源；
所述的同相供电装置AA由交交变流器的多个级联型阀组串构成，第一阀组串与第二阀组串串联形成阀组H1，第三阀组串与第四阀组串串联形成阀组H2，第五阀组串与第六阀组串串联形成阀组H3；
阀组H1与阀组H2和阀组H3上端短接为同相供电装置AA的第一输入端UIN1，连接至三相电源中的第三相，阀组H1与阀组H2和阀组H3下端短接为同相供电装置AA的第二输入端UIN2，并连接至三相电源中的第一相或第二相或连接至牵引变压器TT的一次侧中部的输出端子；
阀组H1中第一阀组串与第二阀组串串联的中间点B1与阀组H3中第五阀组串与第六阀组串串联的中间点B3相连，共同输出同相供电装置AA的第一输出端OUT1；阀组H2中第三阀组串与第四阀组串串联的中间点B2与阀组H3中第五阀组串与第六阀组串串联的中间点B3相连，共同输出同相供电装置AA的第二输出端OUT2；
阀组H1中第一阀组串与第二阀组串串联的中间点B1与第一输出端OUT1之间还设置有第一断路器K3；阀组H3中第五阀组串与第六阀组串串联的中间点B3与第一输出端OUT1之间还设置有第二断路器K4；阀组H2中第三阀组串与第四阀组串串联的中间点B2与第二输出端OUT2之间还设置有第三断路器K5；阀组H3中第五阀组串与第六阀组串串联的中间点B3与第一输出端OUT2之间还设置有第四断路器K6；
由第一输出端OUT1与第二输出端OUT2两端输出单相供电电源；与牵引变压器TT的二次侧输出端共同为电气化铁路供电。
2.权利要求1所述的一种新型同相供电装置的控制方法，其特征在于，包括如下：
1)通过对阀组H1和阀组H2的控制，调节输出端口OUT1和OUT2电压的相位、频率及幅值，使得输出端口电压的相位、频率及幅值与牵引变压器TT副边输出相同；
2)运行中，牵引变压器TT和同相补偿装置AA同时为牵引网的牵引负荷供电，主要由牵引变压器TT供电，同相补偿装置则用于调节三相间能量平衡；
3)对于同相供电装置AA的容量设计应遵循：同相供电装置AA计算容量＝牵引负荷计算容量-牵引变压器TT计算容量；
4)正常运行时，第二断路器K4和第四断路器K6断开，阀组H3作为冗余阀组，不输出；
5)当H1发生故障时，第一断路器K3断开，第二断路器K4闭合，通过对阀组H2和阀组H3的控制，调节输出端口OUT1和OUT2电压的相位、频率及幅值，使得输出端口电压的相位、频率及幅值与牵引变压器TT副边输出相同，使冗余阀组H3代替故障阀组继续运行；
6)当H2发生故障时，第三断路器K5断开，第四断路器K6闭合，通过对阀组H1和阀组H3的控制，调节输出端口OUT1和OUT2电压的相位、频率及幅值，使得输出端口电压的相位、频率及幅值与牵引变压器TT副边输出相同，使冗余阀组H3代替故障阀组继续运行。
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