CN111572414B - 一种多供电制式供电系统及供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多供电制式供电系统，包括变压器、多个PWM整流器、第一开关单元以及第二开关单元，PWM整流器为全控整流电路；所述变压器的原边至少与一条交流供电线连接，所述变压器的副边与所述第一开关单元的输入端连接，所述第一开关单元的输出端与多个所述PWM整流器的输入端连接，实现交流供电制式的切换；多个所述PWM整流器的输出端与所述第二开关单元的输入端连接，所述第二开关单元的输出端与负载连接，实现直流供电制式的切换；本发明还提供一种多供电制式供电方法。本发明提供的多供电制式供电系统，实现了多种供电制式的自由切换，可将再生制动能量回馈到交流网侧，替代了能量回馈装置，节省了研发和生产的成本，维护替换方便。

Description

一种多供电制式供电系统及供电方法

技术领域

本发明涉及轨道交通供电技术领域，特别涉及一种多供电制式供电系统及供电方法。

背景技术

轨道车辆的供电系统应用于交流传动机车、动车以及城轨车辆的供电，通过供电系统，为交流传动机车、动车以及城轨车辆提供三相交流电、单相交流电以及直流电。

目前，就现有技术来说，城市轨道车辆的供电系统大多是单一供电制式，即轨道车辆只能在DC1500V、DC750V或DC3000V下运行，由于轨道车辆不同的供电需求，单一供电制式的供电系统无法同时满足城轨轨道车辆供电的多样性，且城轨轨道车辆种类多样，为每种类型的城轨轨道车辆研发一套供电系统，不仅使得研发和生产的成本高，同时也不便于维护。

发明内容

为解决现有技术多供电制式供电系统供电单一的技术问题，本发明提供了一种多供电制式供电系统，通过控制开关的通断，实现了多种供电制式的自由切换，可将再生制动能量回馈到交流网侧，替代了能量回馈装置，节省了研发和生产的成本，维护替换方便。

本发明提供的一种多供电制式供电系统，包括：变压器、多个PWM整流器、第一开关单元以及第二开关单元，所述PWM整流器为全控整流电路；

所述变压器的原边至少与一条交流供电线连接，所述变压器的副边与所述第一开关单元的输入端连接，所述第一开关单元的输出端与多个所述PWM整流器的输入端连接，实现交流供电制式的切换；

多个所述PWM整流器的输出端与所述第二开关单元的输入端连接，所述第二开关单元的输出端与负载连接，实现直流供电制式的切换。

进一步地，所述变压器的副边设有第一副边线圈、第二副边线圈、第三副边线圈以及第四副边线圈，所述第一开关单元为两个，所述PWM整流器为两个；

所述第一副边线圈和所述第二副边线圈与一个所述第一开关单元的输入端连接，一个所述第一开关单元的输出端与一个所述PWM整流器的输入端连接；

所述第三副边线圈和所述第四副边线圈与另一个所述第一开关单元的输入端连接，另一个所述第一开关单元的输出端与一个所述PWM整流器的输入端连接。

进一步地，所述第一开关单元包括第一开关、第二开关以及第三开关；

一个所述第一开关的输入端与所述第一副边线圈的输出端连接，所述第一副边线圈的输入端与所述变压器的副边连接，一个所述第一开关的输出端与一个所述PWM整流器的输入端连接；

一个所述第二开关的输入端与所述变压器的副边连接，一个所述第二开关的输出端与所述第二副边线圈的输入端连接，所述第二副边线圈的输出端与一个所述第一开关的输出端连接；

一个所述第三开关的输入端与一个所述第一开关的输入端连接，一个所述第三开关的输出端与一个所述第二开关的输出端连接；

另一个所述第一开关的输入端与所述第三副边线圈的输出端连接，所述第三副边线圈的输入端与所述变压器的副边连接，一个所述第一开关的输出端与另一个所述PWM整流器的输入端连接；

另一个所述第二开关的输入端与所述变压器的副边连接，另一个所述第二开关的输出端与所述第四副边线圈的输入端连接，所述第四副边线圈的输出端与另一个所述第一开关的输出端连接；

另一个所述第三开关的输入端与另一个所述第一开关的输入端连接，另一个所述第三开关的输出端与另一个所述第二开关的输出端连接。

进一步地，所述第二开关单元包括第四开关和第五开关；

所述第四开关连接两个所述PWM整流器的正极输出端，所述第四开关还连接两个所述PWM整流器的负极输出端；

所述第五开关连接两个所述PWM整流器的正极输出端和负极输出端。

进一步地，还包括：交流开关；所述交流开关用于连接或断开多个所述PWM整流器和所述变压器；

所述交流开关的输入端与所述第一开关单元的输出端连接，所述交流开关的输出端与多个所述PWM整流器的输入端连接。

进一步地，还包括直流开关；所述直流开关用于连接或断开多个所述PWM整流器和负载；

所述直流开关的输入端与多个所述PWM整流器的输出端连接，所述直流开关的输出端与所述第二开关单元的输入端连接。

进一步地，所述变压器原边连接AC35KV的交流供电线或AC10KV的交流供电线；所述交流供电制式包括AC450V交流供电和AC900V交流供电；所述直流供电制式包括DC3000V直流供电、DC1500V直流供电和DC750V直流供电。

进一步地，还包括：控制单元；

所述控制单元与所述牵引变压器、多个所述PWM整流器、所述第一开关单元以及所述第二开关单元连接，控制所述第一开关单元和所述第二开关单元动作，实现交流供电制式和直流供电制式的切换。

本发明还提供了一种多供电制式供电方法，适用于如上所述的多供电制式供电系统，包括：

用户通过上位机设定负载所需直流电压，所述直流电压包括DC3000V、DC1500V和DC750V；

当所述直流电压为DC3000V时，所述控制单元控制两个第一开关和第二开关断开、两个第三开关闭合、直流开关和交流开关闭合，并控制第四开关断开和第五开关闭合，输出DC3000V直流电压；

当所述直流电压为DC1500V时，所述控制单元控制两个第一开关和第二开关断开、两个第三开关闭合、直流开关和交流开关闭合，并控制第五开关断开和第四开关闭合，输出DC1500V直流电压；

当所述直流电压为DC750V时，所述控制单元控制两个第一开关和第二开关闭合、两个第三开关断开、直流开关和交流开关闭合，并控制第五开关断开和第四开关闭合，输出直流750V直流电压。

本发明的技术效果或优点：

本发明提供了一种多供电制式供电系统，设置有第一开关单元和第二开关单元，变压器的原边与交流供电线连接，副边与第一开关单元输入端连接，第一开关单元的输出端与PWM整流器的输入端连接，通过控制第一开关单元的闭合和断开，实现交流供电制式的切换，PWM整流器的输出端与第二开关单元的输入端连接，第二开关单元的输出端与负载连接，通过控制第二开关单元的闭合和断开，实现直流供电制式的切换，为负载提供所需的电压。本发明提供的多供电制式供电系统，实现了多种供电制式的自由切换，同时，由于PWM整流器为全控整流电路，可将再生制动能量回馈到交流网侧，替代了能量回馈装置，节省了研发和生产的成本，维护替换方便。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一个多供电制式供电系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一个多供电制式供电系统的原理图；

图3为本发明实施例提供的一个多供电制式供电系统的拓扑图；

图4为本发明实施例提供的一个多供电制式供电方法的流程图。

附图说明：1、变压器；11、第一副边线圈；12、第二副边线圈；13、第三副边线圈；14、第四副边线圈；2、第一开关单元；21、第一开关；22、第二开关；23、第三开关；3、PWM整流器；4、第二开关单元；41、第四开关；42、第五开关；5、交流开关；6、直流开关。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。虽然附图中公开了本发明的实施方式，然而应当理解，以任何形式实现本发明而不应被阐述的实施方式所限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，文中使用术语“第一”、“第二”、“一个”、“另一个”等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一元件、部件、区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”等之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为解决现有技术多供电制式供电系统供电单一的技术问题，本发明提供了一种多供电制式供电系统，实现了多种供电制式的自由切换，可将再生制动能量回馈到交流网侧，替代了能量回馈装置，节省了研发和生产的成本，维护替换方便。

下面结合具体实施例及说明书附图，对本发明的技术方案作详细说明。

本发明涉及一种多供电制式供电系统，参考图1，包括变压器1、多个PWM整流器3、第一开关单元2以及第二开关单元4，所述PWM整流器为全控整流电路；

所述变压器1的原边至少与一条交流供电线连接，所述变压器1的副边与所述第一开关单元2的输入端连接，所述第一开关单元2的输出端与多个所述PWM整流器3的输入端连接，实现交流供电制式的切换；

多个所述PWM整流器3的输出端与所述第二开关单元4的输入端连接，所述第二开关单元4的输出端与负载连接，实现直流供电制式的切换。

本实施例提供了一种多供电制式供电系统，设置有第一开关单元2和第二开关单元4，变压器1的原边与交流供电线连接，副边与第一开关单元2输入端连接，第一开关单元2的输出端与PWM整流器3的输入端连接，通过控制第一开关单元2的闭合和断开，实现交流供电制式的切换，PWM整流器3的输出端与第二开关单元4的输入端连接，第二开关单元4的输出端与负载连接，通过控制第二开关单元4的闭合和断开，实现直流供电制式的切换，为负载提供所需的电压。本发明提供的多供电制式供电系统，同时，由于PWM整流器为全控整流电路，可将再生制动能量回馈到交流网侧，替代了能量回馈装置，实现了多种供电制式的自由切换，节省了研发和生产的成本，维护替换方便。

具体地说，参考图1～图3，本实施例提供的一种多供电制式供电系统，包括：变压器1、第一开关单元2、PWM整流器3、第二开关单元4、交流开关5、直流开关6、负载以及控制单元，变压器1的原边与交流供电线连接，变压器1的副边与第一开关单元2的输入端连接，第一开关单元2的输出端与PWM整流器3的输入端连接，PWM整流器3的输出端与第二开关单元4的输入端连接，第二开关单元4的输出端与负载连接，交流开关5的输入端与第一开关单元2的输出端连接，交流开关5的输出端与PWM整流器3的输入端连接，直流开关6的输入端与PWM整流器3的输出端连接，直流开关6的输出端与第二开关单元4的输入端连接，控制单元与变压器1、PWM整流器3、第一开关单元2、第二开关单元4、交流开关5以及直流开关6连接。

参考图1～图3，PWM整流器3为多个，优选的，本实施中PWM整流器3为两个，PWM整流器3可为全控整流电路，由于PWM整流器3为全控整流电路，可将再生制动能量回馈到交流网侧，替代了能量回馈装置，节省了研发和生产的成本，维护替换方便。

变压器1的原边至少与一条交流供电线连接，更具体地说，变压器1原边连接AC35KV的交流供电线或AC10KV的交流供电线，变压器1的副边与第一开关单元2的输入端连接，第一开关单元2的输出端与两个PWM整流器3连接，在本实施例中第一开关单元2优选为两个，通过控制第一开关单元2的闭合和断开，改变变压器1的原边和副边的匝比，实现交流供电制式的切换，交流供电制式包括AC450V交流供电和AC900V交流供电。变压器1的副边设有第一副边线圈11、第二副边线圈12、第三副边线圈13以及第四副边线圈14，第一副边线圈11和第二副边线圈12与一个第一开关单元2的输入端连接，一个所述第一开关单元2的输出端与一个PWM整流器3的输入端连接；第三副边线圈13和第四副边线圈14与另一个第一开关单元2的输入端连接，另一个第一开关单元2的输出端与一个PWM整流器3的输入端连接。

第一开关单元2包括第一开关21、第二开关22以及第三开关23，由于本实施例中有两个第一开关单元2，所以相应的有两个第一开关21、第二开关22以及第三开关23。具体地说，一个第一开关21的输入端与第一副边线圈11的输出端连接，第一副边线圈11的输入端与变压器1的副边连接，一个第一开关21的输出端与一个PWM整流器3的输入端连接；一个第二开关22的输入端与变压器1的副边连接，一个第二开关22的输出端与第二副边线圈12的输入端连接，第二副边线圈12的输出端与第一开关21的输出端连接；一个第三开关23的输入端与一个第一开关21的输入端连接，一个第三开关23的输出端与一个第二开关22的输出端连接；另一个第一开关21的输入端与第三副边线圈的输出端连接，第三副边线圈13的输入端与变压器1的副边连接，一个第一开关21的输出端与另一个PWM整流器3的输入端连接；另一个第二开关22的输入端与变压器1的副边连接，另一个第二开关22的输出端与第四副边线圈14的输入端连接，第四副边线圈14的输出端与另一个第一开关21的输出端连接；另一个第三开关23的输入端与另一个第一开关21的输入端连接，另一个第三开关23的输出端与另一个第二开关22的输出端连接。当闭合两个第一开关21和第二开关22时，第一副边线圈和第二副边线圈并联输出AC450V，第三副边线圈和第四副边线圈并联输出AC450V，当闭合两个第三开关23时，第一副边线圈和第二副边线圈串联输出AC900V，第三副边线圈和第四副边线圈串联输出AC900V，实现交流供电制式的切换。

继续参考图1～图3，第二开关单元4包括第四开关41和第五开关42，第四开关42连接多个PWM整流器3的正极输出端，第四开关41还连接多个PWM整流器3的负极输出端，第五开关42连接多个PWM整流器3的正极输出端和负极输出端，通过控制第四开关41和第五开关42的动作，实现直流供电制式的切换，直流供电制式包括DC3000V直流供电、DC1500V直流供电和DC750V供电。需要说明的是，本实施例中，第四开关41将一个PWM整流器3的正极输出端和另一个PWM整流器3的正极输出端连接起来，将一个PWM整流器3的负极输出端和另一个PWM整流器3的负极输出端连接起来，在当第四开关41闭合时，实现两个PWM整流器3的并联连接，第五开关42将一个PWM整流器3的负极输出端和另一个PWM整流器3的正极输出端连接起来，在当第五开关42闭合时，实现两个PWM整流器3的串联连接。

交流开关5用于连接或断开多个PWM整流器3和变压器1，交流开关5设置于第一开关单元2的输出端和两个PWM整流器3的输入端之间，具体地说，交流开关5的输入端与第一开关单元2的输出端连接，交流开关5的输出端与多个PWM整流器3的输入端连接，交流开关5为两个，一个交流开关5的输入端与一个第一开关单元2的输出端连接，一个交流开关5的输出端与一个PWM整流器3的输入端连接，另一个交流开关5的输入端与另一个第一开关单元2的输出端连接，另一个交流开关5的输出端与另一个PWM整流器3的输入端连接。更为具体地说，一个交流开关5的输入端与一个第一开关21的输出端连接，另一个交流开关5的输入端与另一个第一开关21的输出端连接。

直流开关6用于连接或断开多个PWM整流器3和负载，直流开关6设置于两个PWM整流器3的输出端和第二开关单元4的输入端之间，具体地说，直流开关6的输入端与多个PWM整流器3的输出端连接，更为具体地说，直流开关6的输入端与两个PWM整流器3的正极输出端连接，直流开关6的输出端与第二开关单元4的输入端连接，更为具体地说，直流开关6的输出端分别与第五开关42的输入端和负载的正极输入端连接。

控制单元控制第一开关单元2、第二开关单元4、交流开关5和直流开关6动作，具体地说，控制单元与第一开关21、第二开关22、第三开关23、第四开关41、第五开关42、交流开关5和直流开关6连接，控制单元通过控制第一开关21、第二开关22、第三开关23、第四开关41、第五开关42、交流开关5和直流开关6的动作，实现供电系统的交流供电制式和直流供电制式的切换。

本实施例提供的多供电制式供电系统，实现了多种供电制式的自由切换，并且可将再生制动能量回馈到交流网侧，替代了能量回馈装置，节省了研发和生产的成本，维护替换方便。

本实施例还提供一种多供电制式供电方法，参考图4，适用于如上所述的多供电制式供电系统，包括：

用户通过上位机设定负载所需直流电压，所述直流电压包括DC3000V、DC1500V和DC750V；

当所述直流电压为DC3000V时，所述控制单元控制两个第一开关21和第二开关22断开、两个第三开关23闭合、直流开关6和交流开关5闭合，并控制第四开关41断开和第五开关42闭合，输出DC3000V直流电压；

当所述直流电压为DC1500V时，所述控制单元控制两个第一开关21和第二开关22断开、两个第三开关23闭合、直流开关6和交流开关5闭合，并控制第五开关42断开和第四开关41闭合，输出DC1500V直流电压；

当所述直流电压为DC750V时，所述控制单元控制两个第一开关21和第二开关22闭合、两个第三开关23断开、直流开关6和交流开关5闭合，并控制第五开关42断开和第四开关41闭合，输出直流750V直流电压。

具体地说，当需输出DC3000V直流供电时，控制单元控制交流开关5闭合、两个第三开关23闭合、两个第一开关21断开、两个第二开关22断开，第一副边线圈11和第二副边线圈12串联、第三副边线圈13和第四副边线圈14串联输出AC900V交流供电，控制直流开关6闭合、第四开关41断开、第五开关42闭合，两个PWM整流器3串联输出DC3000V直流供电；当需输出DC1500V直流供电时，控制单元控制交流开关5闭合、两个第三开关23闭合、两个第一开关21断开、两个第二开关22断开，第一副边线圈11和第二副边线圈12串联、第三副边线圈13和第四副边线圈14串联输出AC900V交流供电，控制直流开关6闭合、第四开关41闭合、第五开关42断开，两个PWM整流器3并联输出DC1500V直流供电；当需输出DC750V直流供电时，控制单元控制交流开关5闭合、两个第一开关21闭合、两个第二开关22闭合、两个第三开关23断开，第一副边线圈11和第二副边线圈12并联、第三副边线圈13和第四副边线圈14并联输出AC450V交流供电，控制直流开关6闭合、第四开关41闭合、第五开关42断开，两个PWM整流器3并联输出DC750V直流供电。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多供电制式供电系统，其特征在于，包括：变压器、多个PWM整流器、第一开关单元以及第二开关单元，所述PWM整流器为全控整流电路；

所述变压器的原边至少与一条交流供电线连接，所述变压器的副边与所述第一开关单元的输入端连接，所述第一开关单元的输出端与多个所述PWM整流器的输入端连接，实现交流供电制式的切换；

多个所述PWM整流器的输出端与所述第二开关单元的输入端连接，所述第二开关单元的输出端与负载连接，实现直流供电制式的切换；

所述变压器的副边设有第一副边线圈、第二副边线圈、第三副边线圈以及第四副边线圈，所述第一开关单元为两个，所述PWM整流器为两个；

所述第一副边线圈和所述第二副边线圈与一个所述第一开关单元的输入端连接，一个所述第一开关单元的输出端与一个所述PWM整流器的输入端连接；

所述第三副边线圈和所述第四副边线圈与另一个所述第一开关单元的输入端连接，另一个所述第一开关单元的输出端与一个所述PWM整流器的输入端连接；

所述第一开关单元包括第一开关、第二开关以及第三开关；

一个所述第一开关的输入端与所述第一副边线圈的输出端连接，所述第一副边线圈的输入端与所述变压器的副边连接，一个所述第一开关的输出端与一个所述PWM整流器的输入端连接；

一个所述第二开关的输入端与所述变压器的副边连接，一个所述第二开关的输出端与所述第二副边线圈的输入端连接，所述第二副边线圈的输出端与一个所述第一开关的输出端连接；

一个所述第三开关的输入端与一个所述第一开关的输入端连接，一个所述第三开关的输出端与一个所述第二开关的输出端连接；

另一个所述第一开关的输入端与所述第三副边线圈的输出端连接，所述第三副边线圈的输入端与所述变压器的副边连接，一个所述第一开关的输出端与另一个所述PWM整流器的输入端连接；

另一个所述第二开关的输入端与所述变压器的副边连接，另一个所述第二开关的输出端与所述第四副边线圈的输入端连接，所述第四副边线圈的输出端与另一个所述第一开关的输出端连接；

另一个所述第三开关的输入端与另一个所述第一开关的输入端连接，另一个所述第三开关的输出端与另一个所述第二开关的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的多供电制式供电系统，其特征在于，所述第二开关单元包括第四开关和第五开关；

所述第四开关连接两个所述PWM整流器的正极输出端，所述第四开关还连接两个所述PWM整流器的负极输出端；

所述第五开关连接两个所述PWM整流器的正极输出端和负极输出端。

3.根据权利要求1所述的多供电制式供电系统，其特征在于，还包括：交流开关；所述交流开关用于连接或断开多个所述PWM整流器和所述变压器；

所述交流开关的输入端与所述第一开关单元的输出端连接，所述交流开关的输出端与多个所述PWM整流器的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的多供电制式供电系统，其特征在于，还包括直流开关；所述直流开关用于连接或断开多个所述PWM整流器和负载；

所述直流开关的输入端与多个所述PWM整流器的输出端连接，所述直流开关的输出端与所述第二开关单元的输入端连接。

5.根据权利要求1~4任一项所述的多供电制式供电系统，其特征在于，所述变压器原边连接AC35KV的交流供电线或AC10KV的交流供电线；所述交流供电制式包括AC450V交流供电和AC900V交流供电；所述直流供电制式包括DC3000V直流供电、DC1500V直流供电和DC750V直流供电。

6.根据权利要求1所述的多供电制式供电系统，其特征在于，还包括：控制单元；

所述控制单元与所述变压器、多个所述PWM整流器、所述第一开关单元以及所述第二开关单元连接，控制所述第一开关单元和所述第二开关单元动作，实现交流供电制式和直流供电制式的切换。

7.一种多供电制式供电方法，其特征在于，适用于如权利要求1~6任一项所述的多供电制式供电系统，包括：

用户通过上位机设定负载所需直流电压，所述直流电压包括DC3000V、DC1500V和DC750V；

当所述直流电压为DC3000V时，控制单元控制两个第一开关和第二开关断开、两个第三开关闭合、直流开关和交流开关闭合，并控制第四开关断开和第五开关闭合，输出DC3000V直流电压；

当所述直流电压为DC1500V时，所述控制单元控制两个第一开关和第二开关断开、两个第三开关闭合、直流开关和交流开关闭合，并控制第五开关断开和第四开关闭合，输出DC1500V直流电压；

当所述直流电压为DC750V时，所述控制单元控制两个第一开关和第二开关闭合、两个第三开关断开、直流开关和交流开关闭合，并控制第五开关断开和第四开关闭合，输出直流750V直流电压。

Images