CN111267674A - 一种适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构，其包括降压变压器TR1，TR1的原边绕组与位于列车从牵引供电臂β1向牵引供电臂β2系统中的牵引供电臂β2电连接，各次边绕组分别与一个整流器电连接，这些整流器输出的直流母线并联，另一端与若干相互并联的逆变单元电连接，整流单元与逆变单元间的直流母线上设置有LC滤波器，LC滤波器与储能单元并联；逆变单元的输出侧经过滤波器滤波后与升压变压器TR2的原边绕组电连接，TR2的次边绕组一端与牵引供电臂β1电连接，TR2的另一端与中性段电连接。本发明能够解决现有技术中供电系统可靠性不足的问题，容量低、可靠性强、可调性好。

Description

一种适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构
技术领域
本发明涉及铁路牵引供电技术领域，具体涉及一种适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构。
背景技术
电力机车，如动车组，其过电分相的方法有多种，早期列车速度较慢，通常采用手动过电分相，在分相区设有分相标志指挥司机过电分相操作。到中性段前，司机先将牵引级位降到0，断开辅助系统，再将牵引变压器原边的主断路器断开，使机车不带电通过中性段。机车进入下一相供电臂的供电区后，司机合上主断路、并启动辅助系统、逐步恢复牵引级位。
手动过电分相司机劳动强度大，在过分相时必须由司机断电，如果没断电过电分相，会在进入中性段时牵引网与受电弓产生过电压拉弧，烧坏牵引网和受电弓，甚至两相短路等严重事故，随着列车运行速度的不断提高这一问题将更为突出。
目前，电力机车通常采用自动过电分相方法，主要有两种方法：地面自动过分相和车上自动过分相。采用地面过电分相时，电力机车不需要任何动作，主电路断电时间很短，适合坡度较大和运量大的困难地段。
传统地面过电分相装置采用空气断路器或电力电子开关，通过开关的切换实现电力机车通过电分相，但这种方式存在供电死区。现有技术中有一种不断电过电分相方式，如图1所示，利用背靠背变流器给中性段供电，实现对列车而言的贯通供电。在专利号ZL201410036222.9的专利中，提出了采用级联多电平的基于电力电子装置的地面过电分相系统，其拓扑结构如附图2所示。另外还有一种组合式同相供电系统，如图3所示，利用变流器与变压器的组合，在满足列车不断电过电分相的情况下，进一步降低系统的容量。但上述结构系统容量均存在容量较大，可靠性较低的问题。
发明内容
本发明针对现有技术中的上述不足，提供了一种能够解决现有技术中供电系统可靠性不足的问题，适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构。
为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：
提供了一种适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构，包括降压变压器TR1，在列车从牵引供电臂β1向牵引供电臂β2系统中，降压变压器TR1的原边绕组与牵引供电臂β2电连接，降压变压器TR1的各次边绕组分别与一个整流器电连接，整流器间通过输出的直流母线并联，另一端与若干相互并联的逆变单元电连接，整流单元与逆变单元间的直流母线上设置有LC滤波器，LC滤波器与储能单元并联；逆变单元的输出侧经过滤波器滤波后与升压变压器TR2的原边绕组电连接，升压变压器TR2的次边绕组一端与牵引供电臂β1电连接，升压变压器TR2的另一端与中性段电连接。
通过设置相互并联的整流单元和逆变单元，使各单元间相互独立，某个单元损坏，可以很方便的切除及更换，从而保证其可靠性；通过设置储能单元，以形成中间直流单元，能够实现整流侧低容量连续工作、逆变器大容量间歇工作模式，从而更好的满足虚拟同相供电系统的特点，减低系统的容量。
上述方案中，优选的，升压变压器TR2的次边绕组一端与牵引供电臂β1电连接，TR2的另一端与中性段电连接。
通过将升压变压器的次边绕组与中性段连接，从而将直流母线的能量经逆变、滤波、升压后再为中性段供电。
上述方案中，优选的，储能单元包括支撑电容C，支撑电容C与LC滤波器并联。
通过设置支撑电容实时充放电，以保证供电系统的整流侧能够持续工作；通过设置LC滤波器，以滤除二倍频的谐波。
上述方案中，优选的，储能单元包括并联于直流母线间的电池模块。
通过设置电池模块，以吸收牵引供电臂β2的电能，并为中性段供电。
上述方案中，优选的，整流单元为若干个相互并联的H桥式整流器，其输出的直流母线并联。
通过设置若干个相互并联的整流器，以满足系统的容量需求，并且各H桥单元相互独立，某个单元损坏，可以很方便的切除及更换。
上述方案中，优选的，逆变单元为若干个相互并联的H桥式逆变器。
通过设置若干个相互并联的逆变器，以满足系统的容量需求，并且各H桥单元相互独立，某个单元损坏，可以很方便的切除及更换。
上述方案中，优选的，升压变压器和降压变压器均为固定容量的变压器，按照所需的最大容量选取。
通过将升压变压器和降压变压器设置为固定容量的变压器，供电系统的整流侧和逆变侧工作容量不同，从而实现整流侧低容量连续工作、逆变器大容量间歇工作模式，从而更好的满足虚拟同相供电系统的特点，减低系统的容量。
上述方案中，优选的，逆变单元的容量至少为相邻两个牵引供电臂的电压差以及所需负载电流的乘积。
通过将逆变单元的容量设置为与相邻牵引供电臂的电压差相配合，从而实现逆变侧的大容量间歇工作。
上述方案中，优选的，整流单元的容量不小于相邻两个列车通过的间隔时间内储能单元充满电所需容量。
通过将整流单元的容量设置为与列车需要容量相配合，以便及时对储能单元充电，从而保证对列车的不间断供电。
上述方案中，优选的，储能单元的容量不小于列车通过一次供电系统时所需容量。
通过将储能单元的容量设置为与列车需要容量相配合，以保证对列车的不间断供电。
本发明提供的上述适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构的主要有益效果在于：
本发明通过设置相互并联的整流单元和逆变单元，使各单元间相互独立，某个单元损坏，可以很方便的切除及更换，从而保证其可靠性；通过设置储能单元，以形成中间直流单元，能够实现整流侧低容量连续工作、逆变器大容量间歇工作模式，从而更好的满足虚拟同相供电系统的特点，减低系统的容量。
通过相互并联的整流单元和逆变单元，可以提高系统的可靠性，同时又能降低系统的容量，更好的满足虚拟同相供电系统的需要。
附图说明
图1是现有技术中背靠背变流器式不断电供电分相系统结构图。
图2是现有技术中级联多电平的地面过电分相装置系统结构图。
图3是现有技术中电池储能的级联多电平的地面过电分相装置系统结构图。
图4是本发明提供供电系统拓扑结构的整体结构图。
图5是图4的实施例对应的变流器拓扑结构图。
其中，1、整流单元，2、逆变单元，3、储能单元，4、直流母线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图4所示，其为适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构的流程图。
本发明的适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构，其包括降压变压器TR1，TR1的原边绕组与位于列车从牵引供电臂β1向牵引供电臂β2系统中的牵引供电臂β2电连接，各次边绕组分别接一个整流单元1，各整流单元1的输出直流侧并联与直流母线4相连，直流母线4的另一端与若干相互并联的逆变单元2电连接，整流单元1与逆变单元2间的直流母线上设置有LC滤波器，LC滤波器与储能单元3并联；逆变单元2的输出侧经过LC滤波器滤波后与升压变压器TR2的原边绕组电连接，TR2的次边绕组一端与牵引供电臂β1电连接，TR2的另一端与中性段电连接。
通过设置相互并联的整流单元1和逆变单元2，使各单元间相互独立，某个单元损坏，可以很方便的切除及更换，从而保证其可靠性；通过设置储能单元3，以形成中间直流单元，能够实现整流侧低容量连续工作、逆变器大容量间歇工作模式，从而更好的满足虚拟同相供电系统的特点，减低系统的容量。
通过将升压变压器的次边绕组与中性段连接，从而将直流母线4的能量经逆变、滤波、升压后为中性段供电。
储能单元3包括支撑电容C，支撑电容C与LC滤波器并联。通过设置支撑电容实时充放电，以保证供电系统的整流侧能够持续工作；通过设置LC滤波器，以滤除二倍频的谐波。
储能单元3包括并联于直流母线4间的电池模块。通过设置电池模块，以吸收牵引供电臂β2的电能，并为中性段供电。
具体的，如图5所示，整流单元1为若干个相互并联的H桥式整流器。通过设置若干个相互并联的整流器，以满足系统的容量需求，并且各H桥单元相互独立，某个单元损坏，可以很方便的切除及更换。
逆变单元2为若干个相互并联的H桥式逆变器。通过设置若干个相互并联的逆变器，以满足系统的容量需求，并且各H桥单元相互独立，某个单元损坏，可以很方便的切除及更换。
优选的，升压变压器和降压变压器均为固定容量变压器，按照所需的最大容量选取，供电系统的整流侧和逆变侧工作容量不同，从而实现整流侧低容量连续工作、逆变器大容量间歇工作模式，从而更好的满足虚拟同相供电系统的特点，减低系统的容量。
优选的，逆变单元2的容量至少为相邻两个牵引供电臂的电压差以及所需负载电流的乘积，逆变单元2的数量由总容量除以单个模块的容量得到，从而实现逆变侧的大容量间歇工作。
整流单元1的容量不小于相邻两个列车通过的间隔时间内储能单元3充满电所需容量。以保证在一个间隔时间内，整流单元1能够将中间储能单元3充满电，且整流单元1的数量由整流侧的容量除以单个整流模块1的容量得到。以便及时对储能单元3充电，从而保证对列车的不间断供电。
储能单元3的容量不小于列车通过一次供电系统时所需容量，并由列车通过电分相所需的时间决定。以保证对列车的不间断供电。此时储能单元3的电压为中间直流母线4间的电压。
上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。

Claims (9)

1.一种适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构，其特征在于，包括降压变压器TR1，在列车从牵引供电臂β1向牵引供电臂β2系统中，降压变压器TR1的原边绕组与牵引供电臂β2电连接，降压变压器TR1的各次边绕组分别与一个整流器电连接，整流器间通过输出的直流母线并联，另一端与若干相互并联的逆变单元电连接，整流单元与逆变单元间的直流母线上设置有LC滤波器，LC滤波器与储能单元并联；逆变单元的输出侧经过滤波器滤波后与升压变压器TR2的原边绕组电连接，升压变压器TR2的次边绕组一端与牵引供电臂β1电连接，升压变压器TR2的另一端与中性段电连接。
2.根据权利要求1所述的适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构，其特征在于，所述储能单元包括支撑电容C，支撑电容C与LC滤波器并联。
3.根据权利要求2所述的适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构，其特征在于，所述储能单元包括并联于直流母线间的电池模块。
4.根据权利要求1所述的适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构，其特征在于，所述整流单元为若干个相互并联的H桥式整流器，其输出的直流母线并联。
5.根据权利要求4所述的适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构，其特征在于，所述逆变单元为若干个相互并联的H桥式逆变器。
6.根据权利要求1所述的适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构，其特征在于，所述升压变压器和降压变压器均为固定容量的变压器，按照所需的最大容量选取。
7.根据权利要求1所述的适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构，其特征在于，所述逆变单元的容量至少为相邻两个牵引供电臂的电压差以及所需负载电流的乘积。
8.根据权利要求7所述的适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构，其特征在于，所述整流单元的容量不小于相邻两个列车通过的间隔时间内储能单元充满电所需容量。
9.根据权利要求8所述的适用于分区亭电分相的虚拟同相供电系统拓扑结构，其特征在于，所述储能单元的容量不小于列车通过一次供电系统时所需容量。
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