CN111342680A - 一种应用于贯通供电的电力电子变压器 - Google Patents

一种应用于贯通供电的电力电子变压器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于贯通供电的电力电子变压器，包括：牵引变压器、级联单相整流器A、隔离直流变换器A、级联单相整流器B、隔离直流变换器B和级联单相逆变器C；解决了应用于贯通供电的电力电子变压器中的隔离直流变换器输出侧的二次纹波问题。

Description

一种应用于贯通供电的电力电子变压器
技术领域
本发明属于电气化铁路牵引供电领域，具体涉及一种应用于贯通供电的电力电子变压器。
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AT方式的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。贯通式同相供电系统在同相供电的基础上，既能够变电所内的电分相，也能够取消变电所间的电分相，可以实现全线贯通。目前研究的贯通式同相供电系统方案利用电力电子器件取代牵引变压器，大多采用三相-单相变换器的拓扑结构。这种拓扑结构的贯通式同相系统一般适用于新线建设。实现既有线路的贯通式同相供电成为了目前研究的热点。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种应用于贯通供电的电力电子变压器解决了应用于贯通供电的电力电子变压器的隔离直流变换器输出侧的电压纹波问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种应用于贯通供电的电力电子变压器，包括：牵引变压器、级联单相整流器A、隔离直流变换器A、级联单相整流器B、隔离直流变换器B和级联单相逆变器C；
所述牵引变压器输入与三相电网连接，输出分别与级联单相整流器A和级联单相整流器B连接；
所述级联单相整流器A与隔离直流变换器A连接；
所述级联单相整流器B与隔离直流变换器B连接；
所述隔离直流变换器B与隔离直流变换器A连接；
所述级联单相逆变器C分别与隔离直流变换器B和隔离直流变换器A连接。
进一地，级联单相整流器A包括：n个单相整流器模块；所述隔离直流变换器A包括：n个隔离直流变换器模块；所述级联单相整流器B包括：n个单相整流器模块；所述隔离直流变换器B包括：n个隔离直流变换器模块；所述级联单相逆变器C包括：n个单相逆变器模块；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端AiP、负输入端AiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端aiP和负输出端aiN；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端BiP、负输入端BiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端biP和负输出端biN；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的外围接口包括：正输入端ciP、负输入端ciN、正输出端和负输出端；
所述牵引变压器的α相的正输出端通过电感LA与级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输入端A1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输出端a1P与级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输入端c1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输入端AiP与其第i-1个单相整流器模块的负输入端A(i-1)N连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输出端aiP与其第i-1个隔离直流变换器模块的负输出端a(i-1)N连接；
所述牵引变压器的α相的负输出端与其β相的负输出端、级联单相整流器A的第n个单相整流器模块的负输入端AnN和级联单相整流器B的第n个单相整流器模块的负输入端BnN连接；
所述牵引变压器的β相的正输出端通过电感LB与级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的正输入端B1P连接；
所述级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输出端b1P与隔离直流变换器A的第n个隔离直流变换器模块的负输出端anN连接；
所述级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输入端BiP与级联单相整流器B的第i-1个单相整流器模块的负输入端B(i-1)N连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输出端biP与隔离直流变换器B的第i-1个隔离直流变换器模块的负输出端b(i-1)N连接；
所述隔离直流变换器B的第n个隔离直流变换器模块的负输出端bnN与级联单相逆变器C的第n个单相逆变器模块的负输入端cnN连接；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输入端ciP与级联单相逆变器C的第i-1个单相逆变器模块的负输入端c(i-1)N连接，其中，n≥i≥2；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输出端与级联单相逆变器C的第i-1个单相逆变器模块的第i-1负输出端连接；
所述级联单相逆变器C的第n个单相逆变器模块的负输出端与单相牵引供电网络的钢轨连接；
所述级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输出端通过电感LC与单相牵引供电网络的接触网连接。
进一地，级联单相整流器A包括：n个单相整流器模块；所述隔离直流变换器A包括：n个隔离直流变换器模块；所述级联单相整流器B包括：n个单相整流器模块；所述隔离直流变换器B包括：n个隔离直流变换器模块；所述级联单相逆变器C包括：n个级联单相逆变器模块；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端AiP、负输入端AiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端aiP和负输出端aiN；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端BiP、负输入端BiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端biP和负输出端biN；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的外围接口包括：正输入端ciP、负输入端ciN、正输出端和负输出端；
所述牵引变压器的α相的正输出端通过电感LA与级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输入端A1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输出端a1P分别与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输出端b1P和级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输入端c1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的负输出端a1N分别与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的负输出端b1N和级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的负输入端c1N连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输入端AiP与级联单相整流器A的第i-1个单相整流器模块的负输入端A(i-1)N连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输出端aiP分别与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输出端biP和级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输入端ciP连接；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的负输出端aiN分别与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的负输出端biN和级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的负输入端ciN连接，其中，n≥i≥2；
所述牵引变压器的α相的负输出端与其β相的负输出端、级联单相整流器A的第n个单相整流器模块的负输入端AnN和级联单相整流器B的第n个单相整流器模块的负输入端BnN连接；
所述牵引变压器的β相的正输出端通过电感LB与级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的正输入端B1P连接；
所述级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输入端BiP与级联单相整流器B的第i-1个单相整流器模块的负输入端B(i-1)N连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输出端与第i-1级联单相逆变器C的负输出端连接，其中，n≥i≥2；
所述级联单相逆变器C的第n个单相逆变器模块的负输出端与单相牵引供电网络的钢轨连接；
所述级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输出端通过电感LC与单相牵引供电网络的接触网连接。
进一地，级联单相整流器A包括：n个级联单相整流器；所述隔离直流变换器A包括：n个隔离直流变换器；所述级联单相整流器B包括：n个级联单相整流器；所述隔离直流变换器B包括：n个隔离直流变换器；所述级联单相逆变器C包括：n个级联单相逆变器；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端AiP、负输入端AiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端aiP和负输出端aiN；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端BiP、负输入端BiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端biP和负输出端biN；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的外围接口包括：正输入端ciP、负输入端ciN、正输出端和负输出端；
所述牵引变压器的α相的正输出端通过电感LA与级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输入端A1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输出端a1P分别与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输出端b1P和级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输入端c1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输入端AiP与级联单相整流器A的第i-1个单相整流器模块的负输入端A(i-1)N连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输出端aiP与隔离直流变换器A的第i-1个隔离直流变换器模块的负输出端a(i-1)N连接；
所述牵引变压器的α相的负输出端与其β相的负输出端、级联单相整流器A的第n个单相整流器模块的负输入端AnN和级联单相整流器B的第n个单相整流器模块的负输入端BnN连接；
所述牵引变压器的β相的正输出端通过电感LB与级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的正输入端B1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的负输出端b1N与级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的负输入端c1N连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输入端BiP与级联单相整流器B的第i-1个单相整流器模块的负输入端B(i-1)N连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输出端biP与级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输入端ciP连接；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的负输出端biN与级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的负输入端ciN连接；
所述隔离直流变换器B的第n个隔离直流变换器模块的负输出端bnN还与隔离直流变换器A的第n个隔离直流变换器模块的负输出端anN连接；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输出端与级联单相逆变器C的第i-1个单相逆变器模块的负输出端连接，其中，n≥i≥2；
所述级联单相逆变器C的第n个单相逆变器模块的负输出端与单相牵引供电网络的钢轨连接；
所述级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输出端通过电感LC与单相牵引供电网络的接触网连接。
与现有技术相比，本发明有益效果是：
1、本发明在牵引变电所的基础上，将牵引变压器输出的两个α、β单相电转成一个单相电的电力电子装置，无需改造牵引变电所，适用性、经济性高。
2、本发明的使用，可以实现同相供电并取消牵引网的电分相，能够解决负序和无功的动态补偿、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。
3、隔离直流变换器输出侧整体串联/单模块并联/整体并联可以减小电容需求，在隔离直流变换器输出端口处可以抵消二次纹波。
4、可以根据供电网络的电压信息调整逆变器输出的电压相位、频率和幅值，使之满足用户要求，提高电能质量，实现能量的双向流动。
附图说明
图1是本发明整体串联方式应用在全线贯通式同相供电系统详细结构图；
图2是本发明单模块并联方式应用在贯通的贯通式同相供电系统详细结构图；
图3是本发明整体并联方式应用在贯通的贯通式同相供电系统详细结构图。
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。
一种应用于贯通供电的电力电子变压器，包括：牵引变压器、级联单相整流器A、隔离直流变换器A、级联单相整流器B、隔离直流变换器B和级联单相逆变器C；
所述牵引变压器输入与三相电网连接，输出分别与级联单相整流器A和级联单相整流器B连接；
所述级联单相整流器A与隔离直流变换器A连接；
所述级联单相整流器B与隔离直流变换器B连接；
所述隔离直流变换器B与隔离直流变换器A连接；
所述级联单相逆变器C分别与隔离直流变换器B和隔离直流变换器A连接。
级联单相整流器A和级联单相整流器B将牵引变压器输出的两相交流电转换为直流电，隔离直流变换器A和隔离直流变换器B对直流电进行变压与电气隔离，级联单相逆变器C将隔离直流变换器A和隔离直流变换器B输出的直流电转换为单相交流电，实现电气化铁路同相牵引供电，其中，隔离直流变换器A和隔离直流变换器B通过整体串联/单模块并联/整体并联可以减小直流变换器的输出侧电容需求，在隔离直流变换器A和隔离直流变换器B的输出端口处可以消除级联单相整流器A和级联单相整流器B产生的纹波。
在本实施例中：牵引变压器采用YNvd、scott等输出两相电压垂直的三相-两相牵引变压器，其原边接入公用电网，次边的α输出相和β输出相分别与级联单相整流器A和级联单相整流器B相连。
本发明实施例一共提供了整体串联、单模块并联和整体并联三种变压器连接方式。
如图1所示，整体串联方式：
级联单相整流器A包括：n个单相整流器模块；所述隔离直流变换器A包括：n个隔离直流变换器模块；所述级联单相整流器B包括：n个单相整流器模块；所述隔离直流变换器B包括：n个隔离直流变换器模块；所述级联单相逆变器C包括：n个单相逆变器模块；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端AiP、负输入端AiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端aiP和负输出端aiN；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端BiP、负输入端BiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端biP和负输出端biN；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的外围接口包括：正输入端ciP、负输入端ciN、正输出端和负输出端；
所述牵引变压器的α相的正输出端通过电感LA与级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输入端A1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输出端a1P与级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输入端c1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输入端AiP与其第i-1个单相整流器模块的负输入端A(i-1)N连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输出端aiP与其第i-1个隔离直流变换器模块的负输出端a(i-1)N连接；
所述牵引变压器的α相的负输出端与其β相的负输出端、级联单相整流器A的第n个单相整流器模块的负输入端AnN和级联单相整流器B的第n个单相整流器模块的负输入端BnN连接；
所述牵引变压器的β相的正输出端通过电感LB与级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的正输入端B1P连接；
所述级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输出端b1P与隔离直流变换器A的第n个隔离直流变换器模块的负输出端anN连接；
所述级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输入端BiP与级联单相整流器B的第i-1个单相整流器模块的负输入端B(i-1)N连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输出端biP与隔离直流变换器B的第i-1个隔离直流变换器模块的负输出端b(i-1)N连接；
所述隔离直流变换器B的第n个隔离直流变换器模块的负输出端bnN与级联单相逆变器C的第n个单相逆变器模块的负输入端cnN连接；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输入端ciP与级联单相逆变器C的第i-1个单相逆变器模块的负输入端c(i-1)N连接，其中，n≥i≥2；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输出端与级联单相逆变器C的第i-1个单相逆变器模块的第i-1负输出端连接；
所述级联单相逆变器C的第n个单相逆变器模块的负输出端与单相牵引供电网络的钢轨连接；
所述级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输出端通过电感LC与单相牵引供电网络的接触网连接。
如图2所示，单模块并联方式：
级联单相整流器A包括：n个单相整流器模块；所述隔离直流变换器A包括：n个隔离直流变换器模块；所述级联单相整流器B包括：n个单相整流器模块；所述隔离直流变换器B包括：n个隔离直流变换器模块；所述级联单相逆变器C包括：n个级联单相逆变器模块；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端AiP、负输入端AiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端aiP和负输出端aiN；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端BiP、负输入端BiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端biP和负输出端biN；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的外围接口包括：正输入端ciP、负输入端ciN、正输出端和负输出端；
所述牵引变压器的α相的正输出端通过电感LA与级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输入端A1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输出端a1P分别与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输出端b1P和级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输入端c1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的负输出端a1N分别与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的负输出端b1N和级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的负输入端c1N连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输入端AiP与级联单相整流器A的第i-1个单相整流器模块的负输入端A(i-1)N连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输出端aiP分别与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输出端biP和级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输入端ciP连接；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的负输出端aiN分别与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的负输出端biN和级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的负输入端ciN连接，其中，n≥i≥2；
所述牵引变压器的α相的负输出端与其β相的负输出端、级联单相整流器A的第n个单相整流器模块的负输入端AnN和级联单相整流器B的第n个单相整流器模块的负输入端BnN连接；
所述牵引变压器的β相的正输出端通过电感LB与级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的正输入端B1P连接；
所述级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输入端BiP与级联单相整流器的第i-1个单相整流器模块的负输入端B(i-1)N连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输出端与第i-1级联单相逆变器C的负输出端连接，其中，n≥i≥2；
所述级联单相逆变器C的第n个单相逆变器模块的负输出端与单相牵引供电网络的钢轨连接；
所述级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输出端通过电感LC与单相牵引供电网络的接触网连接。
如图3所示，整体并联方式：
级联单相整流器A包括：n个级联单相整流器；所述隔离直流变换器A包括：n个隔离直流变换器；所述级联单相整流器B包括：n个级联单相整流器；所述隔离直流变换器B包括：n个隔离直流变换器；所述级联单相逆变器C包括：n个级联单相逆变器；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端AiP、负输入端AiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端aiP和负输出端aiN；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端BiP、负输入端BiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端biP和负输出端biN；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的外围接口包括：正输入端ciP、负输入端ciN、正输出端和负输出端；
所述牵引变压器的α相的正输出端通过电感LA与级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输入端A1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输出端a1P分别与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输出端b1P和级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输入端c1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输入端AiP与级联单相整流器A的第i-1个单相整流器模块的负输入端A(i-1)N连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输出端aiP与隔离直流变换器A的第i-1个隔离直流变换器模块的负输出端a(i-1)N连接；
所述牵引变压器的α相的负输出端与其β相的负输出端、级联单相整流器A的第n个单相整流器模块的负输入端AnN和级联单相整流器B的第n个单相整流器模块的负输入端BnN连接；
所述牵引变压器的β相的正输出端通过电感LB与级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的正输入端B1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的负输出端b1N与级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的负输入端c1N连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输入端BiP与级联单相整流器B的第i-1个单相整流器模块的负输入端B(i-1)N连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输出端biP与级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输入端ciP连接；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的负输出端biN与级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的负输入端ciN连接；
所述隔离直流变换器B的第n个隔离直流变换器模块的负输出端bnN还与隔离直流变换器A的第n个隔离直流变换器模块的负输出端anN连接；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输出端与级联单相逆变器C的第i-1个单相逆变器模块的负输出端连接，其中，n≥i≥2；
所述级联单相逆变器C的第n个单相逆变器模块的负输出端与单相牵引供电网络的钢轨连接；
所述级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输出端通过电感LC与单相牵引供电网络的接触网连接。
本发明的二次纹波消除原理如下：
α相输入到级联单相整流器A功率表达式：
Figure BDA0002446176550000201
Figure BDA0002446176550000202
其中，vsα为α相的输入电压，isα为α相的输入电流，Vs为α相的输入电压峰值，Is为α相的输入电流峰值，Pα为α相的输入瞬时功率，θ为α相的功率因数角，t为时间，ω为电网电压角频率。
级联单相整流器A的直流母线电压可以表示为：
Figure BDA0002446176550000203
Figure BDA0002446176550000204
Figure BDA0002446176550000205
其中vma(t)为级联单相整流器A直流母线电压关于时间t函数；Vma为级联单相整流器A直流母线电压直流分量，
Figure BDA0002446176550000206
为级联单相整流器A直流母线电压交流分量关于时间t函数，Cdca为级联单相整流器A输出直流母线电容。
泰勒级数展开式(5)，得到式(6)：
Figure BDA0002446176550000207
vma(t)经过隔离直流变换器A之后，其输出电压可表示为：
Figure BDA0002446176550000208
其中，Fa为隔离直流变换器A的变压系数，vta(t)为隔离直流变换器A的输出电压。
β相输入到级联单相整流器B功率表达式：
Figure BDA0002446176550000209
Figure BDA0002446176550000211
其中，vsβ(t)为β相输入电压，isβ(t)为β相输入电流，Vsβ为β相输入电压峰值，Isβ为β相输入电流峰值，pβ为β相输入瞬时功率，σ为β相的功率因数角。
计算经过隔离直流变换器B之后的输出电压的过程与式(3)、式(4)、式(5)、式(6)和式(7)的推导过程相同，因此，其输出电压可表示为：
Figure BDA0002446176550000212
其中，vtb(t)为隔离直流变换器B的输出电压，Fb为隔离直流变换器B的变压系数，Vmb为级联单相整流器B直流母线电压直流分量，Cdcb为级联单相整流器B的输出直流母线电容。
由于Vsβ＝Vs、Isβ＝Is、Vma＝Vmb、Cdca＝Cdcb、Fa＝Fb和θ＝σ＝0。
由公式(10)和公式(7)可知，隔离直流变换器输出电压存在波动的原因是级联单相整流器的输入功率波动造成的，通过在隔离直流变换器A和隔离直流变换器B输出侧采用整体串联/单模块并联/整体并联结构，隔离直流变换器A和隔离直流变换器B的输入功率pin可以用式(11)表示：
Figure BDA0002446176550000213
由公式(11)可以知道功率是维持恒定的，则隔离直流变换器输出端口之间的电压也能保持恒定，因此通过整体串联/单模块并联/整体并联隔离直流变换器A和隔离直流变换器B的输出侧，可以将整流器输出侧波动幅值在隔离直流变换器的输出侧抵消。

Claims (4)

1.一种应用于贯通供电的电力电子变压器，其特征在于，包括：牵引变压器、级联单相整流器A、隔离直流变换器A、级联单相整流器B、隔离直流变换器B和级联单相逆变器C；
所述牵引变压器输入与三相电网连接，输出分别与级联单相整流器A和级联单相整流器B连接；
所述级联单相整流器A与隔离直流变换器A连接；
所述级联单相整流器B与隔离直流变换器B连接；
所述隔离直流变换器B与隔离直流变换器A连接；
所述级联单相逆变器C分别与隔离直流变换器B和隔离直流变换器A连接。
2.根据权利要求1所述的应用于贯通供电的电力电子变压器，其特征在于，所述级联单相整流器A包括：n个单相整流器模块；所述隔离直流变换器A包括：n个隔离直流变换器模块；所述级联单相整流器B包括：n个单相整流器模块；所述隔离直流变换器B包括：n个隔离直流变换器模块；所述级联单相逆变器C包括：n个单相逆变器模块；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端AiP、负输入端AiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端aiP和负输出端aiN；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端BiP、负输入端BiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端biP和负输出端biN；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的外围接口包括：正输入端ciP、负输入端ciN、正输出端和负输出端；
所述牵引变压器的α相的正输出端通过电感LA与级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输入端A1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输出端a1P与级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输入端c1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输入端AiP与其第i-1个单相整流器模块的负输入端A(i-1)N连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输出端aiP与其第i-1个隔离直流变换器模块的负输出端a(i-1)N连接；
所述牵引变压器的α相的负输出端与其β相的负输出端、级联单相整流器A的第n个单相整流器模块的负输入端AnN和级联单相整流器B的第n个单相整流器模块的负输入端BnN连接；
所述牵引变压器的β相的正输出端通过电感LB与级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的正输入端B1P连接；
所述级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输出端b1P与隔离直流变换器A的第n个隔离直流变换器模块的负输出端anN连接；
所述级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输入端BiP与级联单相整流器B的第i-1个单相整流器模块的负输入端B(i-1)N连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输出端biP与隔离直流变换器B的第i-1个隔离直流变换器模块的负输出端b(i-1)N连接；
所述隔离直流变换器B的第n个隔离直流变换器模块的负输出端bnN与级联单相逆变器C的第n个单相逆变器模块的负输入端cnN连接；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输入端ciP与级联单相逆变器C的第i-1个单相逆变器模块的负输入端c(i-1)N连接，其中，n≥i≥2；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输出端与级联单相逆变器C的第i-1个单相逆变器模块的第i-1负输出端连接；
所述级联单相逆变器C的第n个单相逆变器模块的负输出端与单相牵引供电网络的钢轨连接；
所述级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输出端通过电感LC与单相牵引供电网络的接触网连接。
3.根据权利要求1所述的应用于贯通供电的电力电子变压器，其特征在于，所述级联单相整流器A包括：n个单相整流器模块；所述隔离直流变换器A包括：n个隔离直流变换器模块；所述级联单相整流器B包括：n个单相整流器模块；所述隔离直流变换器B包括：n个隔离直流变换器模块；所述级联单相逆变器C包括：n个级联单相逆变器模块；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端AiP、负输入端AiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端aiP和负输出端aiN；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端BiP、负输入端BiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端biP和负输出端biN；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的外围接口包括：正输入端ciP、负输入端ciN、正输出端和负输出端；
所述牵引变压器的α相的正输出端通过电感LA与级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输入端A1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输出端a1P分别与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输出端b1P和级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输入端c1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的负输出端a1N分别与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的负输出端b1N和级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的负输入端c1N连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输入端AiP与级联单相整流器A的第i-1个单相整流器模块的负输入端A(i-1)N连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输出端aiP分别与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输出端biP和级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输入端ciP连接；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的负输出端aiN分别与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的负输出端biN和级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的负输入端ciN连接，其中，n≥i≥2；
所述牵引变压器的α相的负输出端与其β相的负输出端、级联单相整流器A的第n个单相整流器模块的负输入端AnN和级联单相整流器B的第n个单相整流器模块的负输入端BnN连接；
所述牵引变压器的β相的正输出端通过电感LB与级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的正输入端B1P连接；
所述级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输入端BiP与级联单相整流器B的第i-1个单相整流器模块的负输入端B(i-1)N连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输出端与第i-1级联单相逆变器C的负输出端连接，其中，n≥i≥2；
所述级联单相逆变器C的第n个单相逆变器模块的负输出端与单相牵引供电网络的钢轨连接；
所述级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输出端通过电感LC与单相牵引供电网络的接触网连接。
4.根据权利要求1所述的应用于贯通供电的电力电子变压器，其特征在于，所述级联单相整流器A包括：n个级联单相整流器；所述隔离直流变换器A包括：n个隔离直流变换器；所述级联单相整流器B包括：n个级联单相整流器；所述隔离直流变换器B包括：n个隔离直流变换器；所述级联单相逆变器C包括：n个级联单相逆变器；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端AiP、负输入端AiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端aiP和负输出端aiN；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的外围接口包括：正输入端BiP、负输入端BiN、正输出端和负输出端；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的外围接口包括：正输入端、负输入端、正输出端biP和负输出端biN；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的外围接口包括：正输入端ciP、负输入端ciN、正输出端和负输出端；
所述牵引变压器的α相的正输出端通过电感LA与级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输入端A1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的正输出端a1P分别与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输出端b1P和级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输入端c1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输入端AiP与级联单相整流器A的第i-1个单相整流器模块的负输入端A(i-1)N连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器A的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器A的第i个隔离直流变换器模块的正输出端aiP与隔离直流变换器A的第i-1个隔离直流变换器模块的负输出端a(i-1)N连接；
所述牵引变压器的α相的负输出端与其β相的负输出端、级联单相整流器A的第n个单相整流器模块的负输入端AnN和级联单相整流器B的第n个单相整流器模块的负输入端BnN连接；
所述牵引变压器的β相的正输出端通过电感LB与级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的正输入端B1P连接；
所述级联单相整流器A的第1个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器B的第1个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器B的第1个隔离直流变换器模块的负输出端b1N与级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的负输入端c1N连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输入端BiP与级联单相整流器B的第i-1个单相整流器模块的负输入端B(i-1)N连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的正输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输入端连接；
所述级联单相整流器B的第i个单相整流器模块的负输出端与隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的负输入端连接；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的正输出端biP与级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输入端ciP连接；
所述隔离直流变换器B的第i个隔离直流变换器模块的负输出端biN与级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的负输入端ciN连接；
所述隔离直流变换器B的第n个隔离直流变换器模块的负输出端bnN还与隔离直流变换器A的第n个隔离直流变换器模块的负输出端anN连接；
所述级联单相逆变器C的第i个单相逆变器模块的正输出端与级联单相逆变器C的第i-1个单相逆变器模块的负输出端连接，其中，n≥i≥2；
所述级联单相逆变器C的第n个单相逆变器模块的负输出端与单相牵引供电网络的钢轨连接；
所述级联单相逆变器C的第1个单相逆变器模块的正输出端通过电感LC与单相牵引供电网络的接触网连接。
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