CN111478616A - 一种地铁牵引供电系统及双向变流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种地铁牵引供电系统及双向变流装置，属于地铁牵引供电技术领域。该双向变流装置，包括至少一套变流模块，每套变流模块包括三相绕组变压器、并联设置的至少两个第一变流单元和并联设置的至少两个第二变流单元，所述三相绕组变压器的高压端用于连接变电所交流母线，所述三相绕组变压器的第一低压端连接各第一变流单元的交流端，所述三相绕组变压器的第二低压端连接各第二变流单元的交流端，各第一变流单元的正直流输出端与各第二变流单元的正直流输出端相连后用于与变电所正直流母线相连，各第一变流单元的负直流输出端与各第二变流单元的负直流输出端相连后用于与变电所负直流母线相连。本发明提高了地铁牵引供电系统的运行可靠性。

Description

一种地铁牵引供电系统及双向变流装置
技术领域
本发明涉及一种地铁牵引供电系统及双向变流装置，属于地铁牵引供电技术领域。
背景技术
公布号为CN107124009A，名称为“一种逆变型地铁再生能量回馈装置”的发明专利申请文件，公开了一种再生能量回馈装置，如图1所示：三相绕组变压器的第一低压端通过一AC/DC模块、一DC/DC模块和一低压开关柜连接到变电所负直流母线，三相绕组变压器的第二低压端通过一AC/DC模块、一DC/DC模块和一低压开关柜连接到变电所正直流母线，而AC/DC模块的电路拓扑结构见图2，可以看出：由于AC/DC模块只设置一个，当该AC/DC模块出现故障时，制动能量将无法回馈到电网，系统会丧失再生能量回馈能力，系统运行可靠性低。
发明内容
本发明的目的是提供一种地铁牵引供电系统及双向变流装置，用以解决现有技术中地铁牵引供电系统运行可靠性低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种双向变流装置，包括至少一套变流模块，每套变流模块包括三相绕组变压器、并联设置的至少两个第一变流单元和并联设置的至少两个第二变流单元，所述三相绕组变压器的高压端用于连接变电所交流母线，所述三相绕组变压器的第一低压端连接各第一变流单元的交流端，所述三相绕组变压器的第二低压端连接各第二变流单元的交流端，各第一变流单元的正直流输出端与各第二变流单元的正直流输出端相连后用于与变电所正直流母线相连，各第一变流单元的负直流输出端与各第二变流单元的负直流输出端相连后用于与变电所负直流母线相连。
本发明还提供了一种地铁牵引供电系统，包括变电所交流母线和变电所直流母线，所述变电所直流母线包括变电所正直流母线和变电所负直流母线，所述地铁牵引供电系统还包括双向变流装置，所述双向变流装置包括至少一套变流模块，每套变流模块包括三相绕组变压器、并联设置的至少两个第一变流单元和并联设置的至少两个第二变流单元，所述三相绕组变压器的高压端连接变电所交流母线，所述三相绕组变压器的第一低压端连接各第一变流单元的交流端，所述三相绕组变压器的第二低压端连接各第二变流单元的交流端，各第一变流单元的正直流输出端与各第二变流单元的正直流输出端相连后与变电所正直流母线相连，各第一变流单元的负直流输出端与各第二变流单元的负直流输出端相连后与变电所负直流母线相连。
本发明的地铁牵引供电系统及双向变流装置的有益效果是：第一，由于变流单元既能实现逆变也能实现整流，因此双向变流装置具备牵引整流和逆变回馈两种功能，可替代传统的整流机组与逆变回馈装置，能够实现地铁牵引供电系统的结构简化和设备升级，同时能够降低牵引网电压波动、提高地铁牵引供电系统节能效益；第二，各变流单元采用冗余配置，使得在逆变过程中，当其中一个变流单元故障时，可迅速切换至其他变流单元以实现制动能量回馈，从而保证了制动能量回馈过程的可靠性，同时，在整流过程中，多个备用变流单元也保证了整流过程的可靠性，进而提高了地铁牵引供电系统的运行可靠性。
为了实现牵引整流和逆变回馈两种功能，作为对上述地铁牵引供电系统及双向变流装置的一种改进，所述第一变流单元和第二变流单元均为由IGBT功率器件构成的三相两电平电路拓扑结构。
为了抑制直流短路电流和减少直流侧电流纹波，作为对上述地铁牵引供电系统及双向变流装置的另一种改进，各第一变流单元的正直流输出端与各第二变流单元的正直流输出端的连接点和变电所正直流母线之间的直流线路上串设有直流平波电抗器。
为了滤除变流单元输出的电流谐波，作为对上述地铁牵引供电系统及双向变流装置的又一种改进，各第一变流单元的交流端的并联点与各第一变流单元之间的交流线路上、各第二变流单元的交流端的并联点与各第二变流单元之间的交流线路上均串设有交流滤波器。
为了实现变流单元交流侧短路保护，作为对上述地铁牵引供电系统及双向变流装置的再一种改进，各第一变流单元的交流端的并联点与三相绕组变压器的第一低压端之间的交流线路上、各第二变流单元的交流端的并联点与三相绕组变压器的第二低压端之间的交流线路上均串设有低压交流断路器。
附图说明
图1是现有技术的再生能量回馈装置结构示意图；
图2是现有技术的再生能量回馈装置电路拓扑结构图；
图3是本发明具体实施方式的地铁牵引供电系统结构示意图；
图4是本发明具体实施方式的变流模块电路拓扑结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
地铁牵引供电系统实施例：
如图3所示，本实施例的地铁牵引供电系统，包括变电所交流母线、双向变流装置和变电所直流母线(包括变电所正直流母线和变电所负直流母线)，双向变流装置由并联设置的两套变流模块构成，变流模块的冗余配置，提高了双向变流装置的运行可靠性。
其中，每套变流模块包括三相绕组变压器和双向变流单元，三相绕组变压器的高压端连接变电所交流母线，三相绕组变压器的低压端连接双向变流单元的交流侧，双向变流单元的直流侧连接变电所直流母线。本实施例中，为了使设备维护时能够形成明显的电气分断点，双向变流单元的直流侧通过隔离开关与变电所直流母线连接。
具体地，变电所交流母线为AC35kV牵引变电所，变电所直流母线为DC1500V。
变流模块的电路拓扑结构如图4所示，双向变流单元B包括并联设置的两个第一变流单元B11、B12和并联设置的两个第二变流单元B21、B22，三相绕组变压器T的高压端(其绕组为三角形连接)连接变电所交流母线，三相绕组变压器T的第一低压端(其绕组为星形连接)连接各第一变流单元的交流端，三相绕组变压器T的第二低压端(其绕组为星形连接)连接各第二变流单元的交流端，各第一变流单元的正直流输出端与各第二变流单元的正直流输出端相连后与变电所正直流母线相连，各第一变流单元的负直流输出端与各第二变流单元的负直流输出端相连后与变电所负直流母线相连。
工作过程中，两个第一变流单元只有一个处于工作状态，另一个则处于热备用状态，同时，两个第二变流单元也只有一个处于工作状态，另一个则处于热备用状态。这种工作机制，使得当处于工作状态的变流单元出现故障时，可迅速切换至对应的备用变流单元，能够提高变流模块的运行可靠性，进而提高地铁牵引供电系统的运行可靠性。
其中，第一变流单元B11、B12和第二变流单元B21、B22均为由IGBT功率器件构成的三相两电平电路拓扑结构，可灵活实现AC/DC或DC/AC变换，使得双向变流装置具备牵引整流和逆变回馈两种功能，当车辆牵引时双向变流装置整流运行，为车辆提供牵引能量，当车辆制动时双向变流装置逆变运行，将再生制动能量回馈到交流电网。作为其他实施方式，第一变流单元B11、B12和第二变流单元B21、B22还可以均采用现有技术中的其他电路结构，例如三相二极管钳位型三电平电路。
本实施例中，为了抑制直流短路电流和减少直流侧电流纹波，各第一变流单元的正直流输出端与各第二变流单元的正直流输出端的连接点和变电所正直流母线之间的直流线路上串设有直流平波电抗器L1。
本实施例中，为了滤除变流单元输出的电流谐波，各第一变流单元的交流端的并联点与各第一变流单元之间的交流线路上、各第二变流单元的交流端的并联点与各第二变流单元之间的交流线路上均串设有交流滤波器。例如：第一变流单元B11、B12的交流端的并联点与第一变流单元B11之间的交流线路上，串设有交流滤波器L11、L12、L13；第二变流单元B21、B22的交流端的并联点与第二变流单元B21之间的交流线路上，串设有交流滤波器L21、L22、L23。
本实施例中，为了实现变流单元交流侧短路保护，各第一变流单元的交流端的并联点与三相绕组变压器T的第一低压端之间的交流线路上、各第二变流单元的交流端的并联点与三相绕组变压器T的第二低压端之间的交流线路上均串设有低压交流断路器。例如：第一变流单元B11、B12的交流端的并联点与三相绕组变压器T的第一低压端之间的交流线路上，串设有低压交流断路器QK11、QK12、QK13；第二变流单元B21、B22的交流端的并联点与三相绕组变压器T的第二低压端之间的交流线路上，串设有低压交流断路器QK21、QK22、QK23。
作为其他实施方式，可以增加并联设置的各变流单元数量，以提高变流模块的运行可靠性，从而进一步提高地铁牵引供电系统的运行可靠性；还可以增加并联设置的变流模块数量，以提高双向变流装置的运行可靠性，从而进一步提高地铁牵引供电系统的运行可靠性。
双向变流装置实施例：
本发明的双向变流装置，具体结构见地铁牵引供电系统实施例。

Claims (10)

1.一种双向变流装置，其特征在于，包括至少一套变流模块，每套变流模块包括三相绕组变压器、并联设置的至少两个第一变流单元和并联设置的至少两个第二变流单元，所述三相绕组变压器的高压端用于连接变电所交流母线，所述三相绕组变压器的第一低压端连接各第一变流单元的交流端，所述三相绕组变压器的第二低压端连接各第二变流单元的交流端，各第一变流单元的正直流输出端与各第二变流单元的正直流输出端相连后用于与变电所正直流母线相连，各第一变流单元的负直流输出端与各第二变流单元的负直流输出端相连后用于与变电所负直流母线相连。
2.根据权利要求1所述的双向变流装置，其特征在于，所述第一变流单元和第二变流单元均为由IGBT功率器件构成的三相两电平电路拓扑结构。
3.根据权利要求2所述的双向变流装置，其特征在于，各第一变流单元的正直流输出端与各第二变流单元的正直流输出端的连接点和变电所正直流母线之间的直流线路上串设有直流平波电抗器。
4.根据权利要求3所述的双向变流装置，其特征在于，各第一变流单元的交流端的并联点与各第一变流单元之间的交流线路上、各第二变流单元的交流端的并联点与各第二变流单元之间的交流线路上均串设有交流滤波器。
5.根据权利要求4所述的双向变流装置，其特征在于，各第一变流单元的交流端的并联点与三相绕组变压器的第一低压端之间的交流线路上、各第二变流单元的交流端的并联点与三相绕组变压器的第二低压端之间的交流线路上均串设有低压交流断路器。
6.一种地铁牵引供电系统，其特征在于，包括变电所交流母线和变电所直流母线，所述变电所直流母线包括变电所正直流母线和变电所负直流母线，所述地铁牵引供电系统还包括双向变流装置，所述双向变流装置包括至少一套变流模块，每套变流模块包括三相绕组变压器、并联设置的至少两个第一变流单元和并联设置的至少两个第二变流单元，所述三相绕组变压器的高压端连接变电所交流母线，所述三相绕组变压器的第一低压端连接各第一变流单元的交流端，所述三相绕组变压器的第二低压端连接各第二变流单元的交流端，各第一变流单元的正直流输出端与各第二变流单元的正直流输出端相连后与变电所正直流母线相连，各第一变流单元的负直流输出端与各第二变流单元的负直流输出端相连后与变电所负直流母线相连。
7.根据权利要求6所述的地铁牵引供电系统，其特征在于，所述第一变流单元和第二变流单元均为由IGBT功率器件构成的三相两电平电路拓扑结构。
8.根据权利要求7所述的地铁牵引供电系统，其特征在于，各第一变流单元的正直流输出端与各第二变流单元的正直流输出端的连接点和变电所正直流母线之间的直流线路上串设有直流平波电抗器。
9.根据权利要求8所述的地铁牵引供电系统，其特征在于，各第一变流单元的交流端的并联点与各第一变流单元之间的交流线路上、各第二变流单元的交流端的并联点与各第二变流单元之间的交流线路上均串设有交流滤波器。
10.根据权利要求9所述的地铁牵引供电系统，其特征在于，各第一变流单元的交流端的并联点与三相绕组变压器的第一低压端之间的交流线路上、各第二变流单元的交流端的并联点与三相绕组变压器的第二低压端之间的交流线路上均串设有低压交流断路器。
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