CN113852275A - 一种降压型负阻变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电气化轨道交通技术领域，涉及一种降压型负阻变换器。它由非隔离降压变换模块和非隔离负阻变换模块两个部分组成。非隔离降压变换模块把直流牵引变电所的电压降压变换为中间电压；非隔离负阻变换模块把中间电压变换为输出电压，然后中间电压和输出电压叠加作为降压型负阻变换器两输出连接端的电压降，负阻特性由该电压降与流过该降压型负阻变换器两输出连接端的电流关系获得。本发明的降压型负阻变换器不需要隔离变压器，且列车电流在非隔离负阻变换模块仅有1个开关的通态压降，有利于降压型负阻变换器的体积减小和热设计。

Description

一种降压型负阻变换器
技术领域
本发明属于电气化轨道交通技术领域，特别属于城市轨道交通和电力电子变流器技术领域，涉及一种降压型负阻变换器，尤其涉及一种降低轨道电位和杂散电流腐蚀的降压型负阻变换器。
背景技术
城市轨道交通以其高效的运载能力、便捷的通勤体验和极低的尾气排放等特点得到了各大城市交通运输的认可与青睐，是助力城市可持续发展的有效方式之一。然而，在城市轨道交通中，由于走行轨对地不完全绝缘所引起的杂散电流与轨道电位问题不容忽视，所以，对城市轨道交通杂散电流与轨道电位的治理方案一直以来备受关注。
目前普遍采用的治理方案主要以减小杂散电流的产生为主，加强易腐蚀部件的防护为辅；如提高牵引网供电电压、缩短供电距离、增加专用回流轨、增设排流网和对易腐蚀部件采用阴极保护等。
上述治理方案普遍存在以下问题：
1、改变牵引网供电电压、缩短供电距离、增加专用回流轨和增设排流网等治理措施仅适用于新建线路。
2、对易腐蚀部件采用阴极保护法会增加额外的设备需求，降低城市轨道交通的整体性与可靠性，这对以安全和稳定为主要宗旨的城市轨道交通而言，无疑是相悖的。
在发明专利“一种降低地铁列车轨道电位系统”(公开号为：CN108297741B)中，提出一种主动实现近似零阻抗支路的办法来分流走行轨的回流电流，从而降低走行轨的轨道电位，并进而减轻城轨系统杂散电流腐蚀的系统。所述降低地铁列车轨道电位系统包括：降压型负阻变换器等功能部件，如图1所示为负阻变换器的典型应用连接结构示意图(即公开号为：CN 108297741 B专利说明书中的图3(a))。显然，这里的负阻变换器输出电压的极性是根据列车电流的方向(牵引或制动)而改变的，但是，不论负阻变换器输出电压的极性如何，都存在列车大电流流过的问题。因此，负阻变换器的拓扑研究，对于降低列车大电流下的损耗和推广“一种降低地铁列车轨道电位系统”具有重要意义。
发明内容
针对专利“一种降低地铁列车轨道电位系统”(公开号为：CN108297741B)中负阻变换器的大电流特点，本发明提出了一种降低轨道电位和杂散电流腐蚀的降压型负阻变换器，简述如下：
1、降压型负阻变换器由非隔离降压变换和非隔离负阻变换两个模块组成，非隔离降压变换模块把直流牵引变电所的电压变换为较低的中间电压，该中间电压作为非隔离负阻变换模块的输入电压；
2、非隔离负阻变换模块通过调节在两连接端(即第三连接端63和第四连接端64)之间的电压，以实现负阻抗输出，负阻特性由负阻抗两连接端之间的输出电容C2上电压与流过两连接端的电流比例关系得到；
3、无须变压器隔离，降压型负阻变换器从直流牵引变电所取电的负连接端(即第二连接端62)与一个输出连接端(即第三连接端63)都直接连接到走行轨3的回流点；
4、电流在非隔离负阻变换模块只流经1个开关器件。
具体技术方案如下：
一种降压型负阻变换器，包括:非隔离降压变换模块、非隔离负阻变换模块、第一连接端61、第二连接端62、第三连接端63、第四连接端64、第五连接端65和第六连接端66；
所述非隔离降压变换模块和非隔离负阻变换模块通过公共连接端连接；
所述公共连接端为：第五连接端65和第六连接端66；
所述非隔离降压变换模块用于：将直流牵引变电所的电压变换为较低的中间电压，再将中间电压作为非隔离负阻变换模块的输入电压；
所述非隔离负阻变换模块包括：输入电容C1、输出电容C2、中间电容C3、第一电感L1、第二电感L2、第一开关S1和第二开关S2；
所述输入电容C1的上端与第五连接端65、第一电感L1的一端、第二开关S2的上端、输出电容C2的上端均连接；
所述输入电容C1的下端与第六连接端66、第一开关S1的左端、第三连接端63均连接；
第一电感L1的另一端与第一开关S1的右端、中间电容C3的一端均连接；
所述中间电容C3的另一端与第二开关S2的下端、第二电感L2的一端均连接；
所述第二电感L2的另一端与输出电容C2的下端、第四连接端64均连接；
第三连接端63和第四连接端64构成负阻抗的两个连接端；
通过调节第三连接端63和第四连接端64之间的电压实现负阻抗输出，负阻抗特性由第三连接端63和第四连接端64之间的电压与流过第三连接端63和第四连接端64的电流比例关系得到。
在上述技术方案的基础上，当非隔离降压变换模块输出负电压，非隔离负阻变换模块输入负电压时，
所述非隔离负阻变换模块的输入电容C1的上端为负极端，所述非隔离负阻变换模块的输出电容C2的上端为负极端；所述非隔离负阻变换模块的第一开关S1右端为负极，所述非隔离负阻变换模块的第二开关S2的上端为负极；
当非隔离降压变换模块输出正电压，非隔离负阻变换模块输入正电压时，
所述非隔离负阻变换模块的输入电容C1的上端为正极端，所述非隔离负阻变换模块的输出电容C2的上端为正极端；所述非隔离负阻变换模块的第一开关S1右端为正极，所述非隔离负阻变换模块的第二开关S2的上端为正极。
在上述技术方案的基础上，当非隔离负阻变换模块输入负电压，且当列车处于牵引工况时，第二开关S2根据负阻特性进行脉冲调制，第一开关S1断开；降压型负阻变换器在其第三连接端63与第四连接端64之间输出正极性指定幅值电压；
当非隔离负阻变换模块输入负电压，且当列车处于再生制动工况时，第一开关S1根据负阻特性进行脉冲调制，第二开关S2断开；降压型负阻变换器在其第三连接端63与第四连接端64之间输出负极性指定幅值电压。
在上述技术方案的基础上，当非隔离负阻变换模块输入正电压，且当列车处于牵引工况时，第一开关S1根据负阻特性进行脉冲调制，第二开关S2断开；降压型负阻变换器在其第三连接端63与第四连接端64之间输出正极性指定幅值电压；
当非隔离负阻变换模块输入正电压，且当列车处于再生制动工况时，第二开关S2根据负阻特性需要进行脉冲调制，第一开关S1断开；降压型负阻变换器在其第三连接端63与第四连接端64之间输出负极性指定幅值电压。
在上述技术方案的基础上，当非隔离降压变换模块输出负电压时，
所述非隔离降压变换模块包括：输入电容C1、输入电容C2、开关S、电感L和续流二极管D；
所述输入电容C1的负极端与第二连接端62、电感L的一端、输入电容C2的正极端、第六连接端66均连接；
所述输入电容C1的正极端与第一连接端61、开关S的正极端均连接；
所述开关S的负极端与电感L的另一端、续流二极管D的负极端均连接；
所述续流二极管D的正极端与第五连接端65、输入电容C2的负极端均连接。
在上述技术方案的基础上，当非隔离降压变换模块输出正电压时，
所述非隔离降压变换模块包括：输入电容C1、输入电容C2、开关S、电感L和续流二极管D；
所述输入电容C1的负极端与第二连接端62、续流二极管D的正极端、输入电容C2的负极端、第六连接端66均连接；
所述输入电容C1的正极端与第一连接端61、开关S的正极端均连接；
所述开关S的负极端与电感L的一端、续流二极管D的负极端均连接；
所述电感L的另一端与第五连接端65、输入电容C2的正极端均连接。
在上述技术方案的基础上，所述开关S根据输入电压特性进行脉冲调制。
在上述技术方案的基础上，所述第一开关S1、第二开关S2和开关S均为带反并联二极管的电力电子开关；
所述电力电子开关为：可关断开关器件或可关断开关器件的组合；
所述可关断开关器件为：绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、碳化硅型金属-氧化物半导体场效应晶体管(SiC-MOSFET)或集成门极换流晶闸管(IGCT)；
所述反并联二极管和续流二极管D为与可关断开关器件匹配的快速恢复二极管。
一种应用上述降压型负阻变换器的降低地铁列车轨道电位系统，将降压型负阻变换器置于牵引供电系统中，构成降低地铁列车轨道电位系统，所述降低地铁列车轨道电位系统包括：两个降压型负阻变换器、若干开关单元、接触网2、走行轨3和回流线5；
所述两个降压型负阻变换器分别为：第一降压型负阻变换器6a和第二降压型负阻变换器6b；
所述若干开关单元分别为：开关单元7a，开关单元7b，…，开关单元7x；
每个开关单元均包括：开关单元第一端子71和开关单元第二端子72；
第一降压型负阻变换器6a的第一连接端61与直流牵引变电所1a的牵引网连接端11相连，第二降压型负阻变换器6b的第一连接端61与直流牵引变电所1b的牵引网连接端11相连；
第一降压型负阻变换器6a的第二连接端62与直流牵引变电所1a的走行轨连接端12相连，第二降压型负阻变换器6b的第二连接端62与直流牵引变电所1b的走行轨连接端12相连；
第一降压型负阻变换器6a的第三连接端63也与直流牵引变电所1a的走行轨连接端12相连，第二降压型负阻变换器6b的第三连接端63也与直流牵引变电所1b的走行轨连接端12相连；
第一降压型负阻变换器6a的第四连接端64与回流线5相连，第二降压型负阻变换器6b的第四连接端64也与回流线5相连；
直流牵引变电所1a的走行轨连接端12、直流牵引变电所1b的走行轨连接端12均与走行轨3连接；
直流牵引变电所1a的牵引网连接端11、直流牵引变电所1b的牵引网连接端11均与接触网2连接；
若干开关单元第一端子71与走行轨3连接，若干开关单元第二端子72与回流线5连接。
在上述技术方案的基础上，在城轨交通系统中，所述降压型负阻变换器与回流线5和若干开关单元构成零阻回流系统；通过开关单元的配合，并调节降压型负阻变换器的输出阻抗，使降压型负阻变换器的输出阻抗与流经电流的回流线5的阻抗相抵消，从而构建零阻回路，以转移列车回流电流。
本发明的有益效果如下：
1、降压型负阻变换器直接从直流牵引变电所获得输入电压，不必采用与直流牵引变电所隔离的其他直流电源获得输入电压，降低了制造成本；
2、降压型负阻变换器从直流牵引变电所直接获得输入电压，输出电压与输入电压不用隔离，省却了隔离变压器，既降低了负阻变换器的成本和体积，也减少了损耗；
3、降压型负阻变换器的非隔离负阻变换模块从中间输入电压到输出电压的电流只流过1个电力电子开关或与其相匹配的续流二极管，大大降低了非隔离负阻变换模块的大电流在电力电子器件中的通态损耗，有利于降压型负阻变换器的热设计和散热器体积的减少。
附图说明
本发明有如下附图：
图1是现有技术中负阻变换器的典型应用连接结构示意图；
图2是本发明降压型负阻变换器中的非隔离负阻变换模块在输入负电压时的主电路结构示意图；
图3是本发明降压型负阻变换器中的非隔离负阻变换模块在输入正电压时的电路结构示意图；
图4是本发明降压型负阻变换器中的非隔离降压变换模块在输出负电压时的电路结构示意图；
图5是本发明降压型负阻变换器中的非隔离降压变换模块在输出正电压时的电路结构示意图；
图6是本发明降压型负阻变换器应用于降低地铁列车轨道电位系统中的电路结构示意图；
图7是本发明降压型负阻变换器中电力电子开关类型示意图一；
图8是本发明降压型负阻变换器中电力电子开关类型示意图二；
图9是本发明降压型负阻变换器中电力电子开关类型示意图三。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行更详细的说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
如图1所示，是发明专利“一种降低地铁列车轨道电位系统”(公开号为：CN108297741 B)中的图3(a)，将负阻变换器应用于现有的地铁轨道交通直流牵引供电系统中，所述降低地铁列车轨道电位系统包括：回流线5、负阻变换器6(即图1中的负阻变换器6a和负阻变换器6b)和若干开关单元7(即图1中的开关单元7a、开关单元7b、…、开关单元7x)；
其中，负阻变换器6a和负阻变换器6b在降低地铁列车轨道电位系统中的连接方式为：负阻变换器6a的第一连接端61与直流牵引变电所1a的负极端12相连，负阻变换器6b的第一连接端61与直流牵引变电所1b的负极端12相连；负阻变换器6a的第二连接端62、负阻变换器6b的第二连接端62均与回流线5相连，其负阻特性由第一连接端61、第二连接端62之间输出电容上的电压与流过两连接端(即第一连接端61和第二连接端62)的电流比例关系得到。
如图2所示，为本发明降压型负阻变换器中的非隔离负阻变换模块在输入负电压时的主电路结构示意图，其中，降压型负阻变换器由非隔离降压变换模块和非隔离负阻变换模块级联而成，降压型负阻变换器的端子主要包括：第一连接端61、第二连接端62、第三连接端63、第四连接端64、第五连接端65、第六连接端66；
其中，第五连接端65与第六连接端66是非隔离降压变换模块和非隔离负阻变换模块的公共连接端，既构成了非隔离降压变换模块的输出端口，也构成了非隔离负阻变换模块的输入端口。
此外，根据第五连接端65与第六连接端66之间电压极性的不同，可进一步划分为两种典型情况：
情况一：非隔离降压变换模块“输出负电压”，对应非隔离负阻变换模块“输入负电压”；
情况二：非隔离降压变换模块“输出正电压”，对应非隔离负阻变换模块“输入正电压”。
下面分别对这两种情况下，非隔离负阻变换模块和非隔离降压变换模块典型方案中的电路连接方式和工作原理进行详细讨论。
如图2和图6所示，当降压型负阻变换器的非隔离负阻变换模块在输入负电压时，其主电路连接方式为：
所述降压型负阻变换器的非隔离负阻变换模块的输入电容C1的负极端与第五连接端65相连，输入电容C1的正极端与第六连接端66相连；同时，输入电容C1的正极端作为降压型负阻变换器的第三连接端63，所述第三连接端63用于：连接直流牵引变电所的走行轨连接端(即直流牵引变电所的负极端)12。
输出电容C2的正极端为降压型负阻变换器的第四连接端64，所述第四连接端64用于：连接回流线5。降压型负阻变换器的第三连接端63依次串联第一开关S1、中间电容C3和第二电感L2后，连接到降压型负阻变换器的第四连接端64；第一电感L1的一端连接到中间电容C3与第一开关S1负极的连接点；第二开关S2的正极连接到中间电容C3与第二电感L2的连接点；输出电容C2的负极端、第二开关S2的负极端和第一电感L1的另一端相互连接后，再连接到所述输入电容C1的负极端。
上述降压型负阻变换器的非隔离负阻变换模块的主要工作原理为：
当列车处于牵引工况时，列车牵引电流从回流线5处流经降压型负阻变换器，并流向直流牵引变电所1(即图6中的直流牵引变电所1a和直流牵引变电所1b)的走行轨连接端12。为使得降压型负阻变换器在其第三连接端63与第四连接端64之间输出正极性指定幅值电压，以结合列车牵引电流等效输出负阻抗，此时，第二开关S2根据负阻特性需要进行脉冲调制，第一开关S1断开，但其反并联二极管作为续流二极管工作；
当列车处于再生制动工况时，列车牵引电流从牵引变电所1的走行轨连接端12流经降压型负阻变换器，并流向回流线5处。为使得降压型负阻变换器在其第三连接端63与第四连接端64之间输出负极性指定幅值电压，以结合列车牵引电流等效输出负阻抗，此时，第一开关S1根据负阻特性需要进行脉冲调制，第二开关S2断开，但其反并联二极管作为续流二极管工作。
如图3和图6所示，当降压型负阻变换器的非隔离负阻变换模块在输入正电压时，其电路连接方式为：
所述降压型负阻变换器的非隔离负阻变换模块的输入电容C1的正极端与第五连接端65相连，输入电容C1的负极端与第六连接端66相连；同时，输入电容C1的负极端作为降压型负阻变换器的第三连接端63，所述第三连接端63用于：连接直流牵引变电所的走行轨连接端12。
输出电容C2的负极端为降压型负阻变换器的第四连接端64，所述第四连接端64用于：连接回流线5。降压型负阻变换器的第三连接端63依次串联第一开关S1、中间电容C3和第二电感L2后，连接到降压型负阻变换器的第四连接端64；第一电感L1的一端连接到中间电容C3与第一开关S1正极的连接点；第二开关S2的负极连接到中间电容C3与第二电感L2的连接点；输出电容C2的正极端、第二开关S2的正极端和第一电感L1的另一端相互连接后，再连接到所述输入电容C1的正极端。
此时，降压型负阻变换器的非隔离负阻变换模块的主要工作原理为：
当列车处于牵引工况时，列车牵引电流从回流线5处流经降压型负阻变换器，并流向直流牵引变电所1的走行轨连接端12。为使得降压型负阻变换器在其第三连接端63与第四连接端64之间输出正极性指定幅值电压，以结合列车牵引电流等效输出负阻抗，此时，第一开关S1根据负阻特性需要进行脉冲调制，第二开关S2断开，但其反并联二极管作为续流二极管工作；
当列车处于再生制动工况时，列车牵引电流从牵引变电所1的走行轨连接端12流经降压型负阻变换器，并流向回流线5处，为使得降压型负阻变换器在其第三连接端63与第四连接端64之间输出负极性指定幅值电压，以结合列车牵引电流等效输出负阻抗，此时，第二开关S2根据负阻特性需要进行脉冲调制，第一开关S1断开，但其反并联二极管作为续流二极管工作。
当降压型负阻变换器的非隔离负阻变换模块在输入负电压时，非隔离降压变换模块需要输出负电压。此时非隔离降压变换模块可采用如图4所示的典型方案一，其主电路连接方式为：
所述降压型负阻变换器的非隔离降压变换模块的输入电容C1的正极端与第一连接端61相连，输入电容C1的负极端与第二连接端62相连；同时，输入电容C2的负极端与第五连接端65相连，输入电容C2的正极端与第六连接端66相连；降压型负阻变换器的第一连接端61依次串联开关S、续流二极管D后，连接到降压型负阻变换器的第五连接端65；电感L的一端与开关S的负极端和续流二极管D的负极端相连；输入电容C1的负极端、电感L的另一端相互连接后，再连接到所述输出电容C2的正极端。
此时，降压型负阻变换器的非隔离降压变换模块的主要工作原理为：
为使得非隔离降压变换模块在其第五连接端65与第六连接端66之间输出负极性指定幅值电压，以供给非隔离负阻变换模块实现相应的负阻变换功能，此时，开关S根据输入电压特性进行脉冲调制。
当降压型负阻变换器的非隔离负阻变换模块在输入正电压时，非隔离降压变换模块需要输出正电压。此时非隔离降压变换模块可采用如图5所示的典型方案二，其主电路连接方式为：
所述降压型负阻变换器的非隔离降压变换模块的输入电容C1的正极端与第一连接端61相连，输入电容C1的负极端与第二连接端62相连；同时，输入电容C2的正极端与第五连接端65相连，输入电容C2的负极端与第六连接端66相连；降压型负阻变换器的第一连接端61依次串联开关S、电感L后，连接到降压型负阻变换器的第五连接端65；续流二极管D的负极端与开关S的负极端相连；输入电容C1的负极端、续流二极管D的正极端相互连接后，再连接到输出电容C2的负极端；
此时，降压型负阻变换器的非隔离降压变换模块的主要工作原理为：
为使得非隔离降压变换模块在其第五连接端65与第六连接端66之间输出正极性指定幅值电压，以供给非隔离负阻变换模块实现相应的负阻变换功能，此时，开关S根据输入电压特性进行脉冲调制。
本发明所述的降压型负阻变换器应用于发明专利“一种降低地铁列车轨道电位系统”(公开号为：CN 108297741 B)的典型方案如图6所示。其中，降压型负阻变换器6(即图6中的降压型负阻变换器6a和降压型负阻变换器6b)对外引出4个端子：第一连接端61、第二连接端62、第三连接端63和第四连接端64，其中第一连接端61与直流牵引变电所1(即图6中的直流牵引变电所1a和直流牵引变电所1b)的牵引网连接端11(即直流牵引变电所1的正极端)相连，第二连接端62与直流牵引变电所1的走行轨连接端12相连，第三连接端63与直流牵引变电所1的走行轨连接端12相连，第四连接端64与回流线5相连，在直流牵引变电所1a和直流牵引变电所1b均设有交流端13。
在所述降压型负阻变换器中，电力电子开关的类型如图7-9所示，为绝缘栅双极型晶体管(IGBT，如图7所示)、金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET，如图8所示)、碳化硅型金属-氧化物半导体场效应晶体管(SiC-MOSFET，如图8所示)或集成门极换流晶闸管(IGCT，如图9所示)等可关断开关器件或这些开关器件的组合，所述的反并联二极管或续流二极管为与电力电子开关件匹配的快速恢复二极管。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
本说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种降压型负阻变换器，其特征在于，包括：非隔离降压变换模块、非隔离负阻变换模块、第一连接端(61)、第二连接端(62)、第三连接端(63)、第四连接端(64)、第五连接端(65)和第六连接端(66)；
所述非隔离降压变换模块和非隔离负阻变换模块通过公共连接端连接；
所述公共连接端为：第五连接端(65)和第六连接端(66)；
所述非隔离降压变换模块用于：将直流牵引变电所的电压变换为中间电压，再将中间电压作为非隔离负阻变换模块的输入电压；
所述非隔离负阻变换模块包括：输入电容C1、输出电容C2、中间电容C3、第一电感L1、第二电感L2、第一开关S1和第二开关S2；
所述输入电容C1的上端与第五连接端(65)、第一电感L1的一端、第二开关S2的上端、输出电容C2的上端均连接；
所述输入电容C1的下端与第六连接端(66)、第一开关S1的左端、第三连接端(63)均连接；
第一电感L1的另一端与第一开关S1的右端、中间电容C3的一端均连接；
所述中间电容C3的另一端与第二开关S2的下端、第二电感L2的一端均连接；
所述第二电感L2的另一端与输出电容C2的下端、第四连接端(64)均连接；
第三连接端(63)和第四连接端(64)构成负阻抗的两个连接端；
通过调节第三连接端(63)和第四连接端(64)之间的电压实现负阻抗输出，负阻抗特性由第三连接端(63)和第四连接端(64)之间的电压与流过第三连接端(63)和第四连接端(64)的电流比例关系得到。
2.如权利要求1所述的降压型负阻变换器，其特征在于：当非隔离降压变换模块输出负电压，非隔离负阻变换模块输入负电压时，
所述非隔离负阻变换模块的输入电容C1的上端为负极端，所述非隔离负阻变换模块的输出电容C2的上端为负极端；所述非隔离负阻变换模块的第一开关S1右端为负极，所述非隔离负阻变换模块的第二开关S2的上端为负极；
当非隔离降压变换模块输出正电压，非隔离负阻变换模块输入正电压时，
所述非隔离负阻变换模块的输入电容C1的上端为正极端，所述非隔离负阻变换模块的输出电容C2的上端为正极端；所述非隔离负阻变换模块的第一开关S1右端为正极，所述非隔离负阻变换模块的第二开关S2的上端为正极。
3.如权利要求2所述的降压型负阻变换器，其特征在于：当非隔离负阻变换模块输入负电压，且当列车处于牵引工况时，第二开关S2根据负阻特性进行脉冲调制，第一开关S1断开；降压型负阻变换器在其第三连接端(63)与第四连接端(64)之间输出正极性指定幅值电压；
当非隔离负阻变换模块输入负电压，且当列车处于再生制动工况时，第一开关S1根据负阻特性进行脉冲调制，第二开关S2断开；降压型负阻变换器在其第三连接端(63)与第四连接端(64)之间输出负极性指定幅值电压。
4.如权利要求2所述的降压型负阻变换器，其特征在于：当非隔离负阻变换模块输入正电压，且当列车处于牵引工况时，第一开关S1根据负阻特性进行脉冲调制，第二开关S2断开；降压型负阻变换器在其第三连接端(63)与第四连接端(64)之间输出正极性指定幅值电压；
当非隔离负阻变换模块输入正电压，且当列车处于再生制动工况时，第二开关S2根据负阻特性需要进行脉冲调制，第一开关S1断开；降压型负阻变换器在其第三连接端(63)与第四连接端(64)之间输出负极性指定幅值电压。
5.如权利要求2所述的降压型负阻变换器，其特征在于：当非隔离降压变换模块输出负电压时，
所述非隔离降压变换模块包括：输入电容C1、输入电容C2、开关S、电感L和续流二极管D；
所述输入电容C1的负极端与第二连接端(62)、电感L的一端、输入电容C2的正极端、第六连接端(66)均连接；
所述输入电容C1的正极端与第一连接端(61)、开关S的正极端均连接；
所述开关S的负极端与电感L的另一端、续流二极管D的负极端均连接；
所述续流二极管D的正极端与第五连接端(65)、输入电容C2的负极端均连接。
6.如权利要求2所述的降压型负阻变换器，其特征在于：当非隔离降压变换模块输出正电压时，
所述非隔离降压变换模块包括：输入电容C1、输入电容C2、开关S、电感L和续流二极管D；
所述输入电容C1的负极端与第二连接端(62)、续流二极管D的正极端、输入电容C2的负极端、第六连接端(66)均连接；
所述输入电容C1的正极端与第一连接端(61)、开关S的正极端均连接；
所述开关S的负极端与电感L的一端、续流二极管D的负极端均连接；
所述电感L的另一端与第五连接端(65)、输入电容C2的正极端均连接。
7.如权利要求5或6所述的降压型负阻变换器，其特征在于：所述开关S根据输入电压特性进行脉冲调制。
8.如权利要求5或6所述的降压型负阻变换器，其特征在于：所述第一开关S1、第二开关S2和开关S均为带反并联二极管的电力电子开关；
所述电力电子开关为：可关断开关器件或可关断开关器件的组合；
所述可关断开关器件为：绝缘栅双极型晶体管、金属-氧化物半导体场效应晶体管、碳化硅型金属-氧化物半导体场效应晶体管或集成门极换流晶闸管；
所述反并联二极管和续流二极管D为与可关断开关器件匹配的快速恢复二极管。
9.一种应用权利要求1-8任一权利要求所述的降压型负阻变换器的降低地铁列车轨道电位系统，其特征在于：将降压型负阻变换器置于牵引供电系统中，构成降低地铁列车轨道电位系统，所述降低地铁列车轨道电位系统包括：两个降压型负阻变换器、若干开关单元、接触网(2)、走行轨(3)和回流线(5)；
所述两个降压型负阻变换器分别为：第一降压型负阻变换器(6a)和第二降压型负阻变换器(6b)；
所述若干开关单元分别为：开关单元(7a)，开关单元(7b)，…，开关单元(7x)；
每个开关单元均包括：开关单元第一端子(71)和开关单元第二端子(72)；
第一降压型负阻变换器(6a)的第一连接端(61)与直流牵引变电所(1a)的牵引网连接端(11)相连，第二降压型负阻变换器(6b)的第一连接端(61)与直流牵引变电所(1b)的牵引网连接端(11)相连；
第一降压型负阻变换器(6a)的第二连接端(62)与直流牵引变电所(1a)的走行轨连接端(12)相连，第二降压型负阻变换器(6b)的第二连接端(62)与直流牵引变电所(1b)的走行轨连接端(12)相连；
第一降压型负阻变换器(6a)的第三连接端(63)也与直流牵引变电所(1a)的走行轨连接端(12)相连，第二降压型负阻变换器(6b)的第三连接端(63)也与直流牵引变电所(1b)的走行轨连接端(12)相连；
第一降压型负阻变换器(6a)的第四连接端(64)与回流线(5)相连，第二降压型负阻变换器(6b)的第四连接端(64)也与回流线(5)相连；
直流牵引变电所(1a)的走行轨连接端(12)、直流牵引变电所(1b)的走行轨连接端(12)均与走行轨(3)连接；
直流牵引变电所(1a)的牵引网连接端(11)、直流牵引变电所(1b)的牵引网连接端(11)均与接触网(2)连接；
若干开关单元第一端子(71)与走行轨(3)连接，若干开关单元第二端子(72)与回流线(5)连接。
10.如权利要求9所述的降低地铁列车轨道电位系统，其特征在于：在城轨交通系统中，所述降压型负阻变换器与回流线(5)和若干开关单元构成零阻回流系统；通过开关单元的配合，并调节降压型负阻变换器的输出阻抗，使降压型负阻变换器的输出阻抗与流经电流的回流线(5)的阻抗相抵消，从而构建零阻回路，以转移列车回流电流。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0787740A (ja) * 1993-09-17 1995-03-31 Hitachi Medical Corp Ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP2959570B1 (ja) * 1998-09-29 1999-10-06 日本電気株式会社 多出力ｄｃ−ｄｃコンバータ
KR20060084075A (ko) * 2005-01-17 2006-07-24 이성룡 양방향 전력제어가 가능한 고효율 직류전력변환기
KR20130131904A (ko) * 2012-05-25 2013-12-04 주식회사 대윤정보통신 단일 출력 인덕터를 사용한 풍력, 태양광 하이브리드 발전제어기의 전력변환장치
KR20140018489A (ko) * 2012-08-01 2014-02-13 부산대학교 산학협력단 단상 디씨／디씨 벅 컨버터의 인덕터 전류 추정 장치 및 방법
CN108297741A (zh) * 2017-12-22 2018-07-20 北京交通大学 一种降低地铁列车轨道电位系统
CN109842298A (zh) * 2019-02-19 2019-06-04 南京航空航天大学 一种脉冲负载电源系统及其控制方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0787740A (ja) * 1993-09-17 1995-03-31 Hitachi Medical Corp Ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP2959570B1 (ja) * 1998-09-29 1999-10-06 日本電気株式会社 多出力ｄｃ−ｄｃコンバータ
KR20060084075A (ko) * 2005-01-17 2006-07-24 이성룡 양방향 전력제어가 가능한 고효율 직류전력변환기
KR20130131904A (ko) * 2012-05-25 2013-12-04 주식회사 대윤정보통신 단일 출력 인덕터를 사용한 풍력, 태양광 하이브리드 발전제어기의 전력변환장치
KR20140018489A (ko) * 2012-08-01 2014-02-13 부산대학교 산학협력단 단상 디씨／디씨 벅 컨버터의 인덕터 전류 추정 장치 및 방법
CN108297741A (zh) * 2017-12-22 2018-07-20 北京交通大学 一种降低地铁列车轨道电位系统
CN109842298A (zh) * 2019-02-19 2019-06-04 南京航空航天大学 一种脉冲负载电源系统及其控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
顾靖达等: "基于不同接地方式与列车工况的负阻变换器牵引供电系统轨道电位与杂散电流", 《电工技术学报》, vol. 36, no. 8, pages 1703 - 1717 *

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