CN114447915A - 一种电气化铁路同相供电装置启动方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种电气化铁路同相供电装置启动方法及系统，该方法包括准备阶段、软启阶段、稳压阶段和运行阶段，采用硬件和软件相结合的方式；硬件方法包括：(1)软启接触器合闸，通过软启电阻和软启接触器、串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电；(2)主接触器合闸，通过主接触器、串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电；软件方法通过采用排序均压法对电容电压进行排序，选择最合适的模块投入和切除。本发明的方法和系统解决了启动过程中冲击电流大，直流母线电容电压不均压的问题，且本发明实现简便，具有成本低、可靠性高、适用范围广等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电气化铁路牵引供电技术领域，具体涉及一种电气化铁路同相供电装置启动方法及系统。
背景技术
同相供电装置启动时冲击电流过大将严重影响到元件的使用寿命甚至会给电网带来谐波污染。冲击电流的大小是由同相供电装置启动时直流侧电压是否稳定及直流母线电压差直接决定的。而直流侧电容损耗差异、开关损耗差异、驱动脉冲差异等都会造成直流母线电容电压不均衡，这不仅会导致系统器件承受电压不同，也会影响系统的安全性和性能。因此如何减小冲击电流，实现启动过程中直流母线电容均衡控制成为研究重点及难点。
常用的启动方案为将交流限流电阻串联在充电回路中，防止电网中的电流涌入CPD造成电力电子器件和子模块电容的过流损坏。闭合预充电软启接触器，连接交流电网。当完成子模块预充电过程后，闭合主接触器旁路限流电阻，以提高稳态运行效率。
目前常用的直流电压平衡的控制方式有两类：一类是通过外部的平衡控制电路来实现，需要额外的硬件电路和控制系统，增加了装置的复杂性和成本；另一类通过有功的交换来实现。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种电气化铁路同相供电装置启动方法及系统，使用合适的控制方法使得同相供电装置子模块电压迅速提高到额定电压，同时尽量防止过电流和过电压冲击。
本发明采用如下的技术方案实现：
本发明的第一方面提供了一种电气化铁路同相供电装置启动方法，所述供电装置包括功率柜、启动柜、控制柜、进线开关柜和出线开关柜；所述功率柜包括功率单元；所述启动柜包括软启接触器、软启电阻和主接触器；所述进线开关柜包括串联侧断路器、串联侧隔离刀闸和串联侧接地刀闸；所述出线开关柜包括并联侧断路器、并联侧隔离刀闸和并联侧接地刀闸；所述功率单元包括并联侧H桥、直流母线电容和串联侧H桥,并联侧配备模块并网接触器，串联侧配备旁路开关；所述启动方法包括以下步骤：
准备阶段：确认串联侧断路器、并联侧断路器、主接触器、软启接触器分闸，串联侧隔离刀闸、并联侧隔离刀闸合闸，串联侧接地刀闸、并联侧接地刀闸分闸；
软启阶段，包括：
1)串联侧断路器合闸，软启接触器合闸，通过控制软启电阻、软启接触器、串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电；
2)当软启充电时间大于第一预定时间且最小直流母线电压平均值大于一电压预定值时，主接触器合闸；
3)通过控制主接触器和串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电；
4)软启接触器分闸，通过控制主接触器和串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电。
稳压阶段：软启完成后，并联侧断路器合闸，模块并网接触器合闸，并联侧模块控制器开始稳压；
运行阶段：并联侧模块控制器稳压完成，串联侧控制器解锁脉冲。
进一步的，所述软启阶段步骤1)中串联侧断路器合闸，软启接触器合闸，通过控制软启电阻、软启接触器、串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电包括：
每隔第二预定时间检测所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块，将所述对应的子模块旁路，通过H桥反并联二极管给其余子模块充电；
下一第二预定时间将旁路子模块投入，重新检测所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块，将其对应的子模块旁路，通过H桥反并联二极管给其余子模块充电；
优选地，所述第二预定时间为10ms，所述预定个数的子模块为2个。
进一步的，所述软启阶段步骤2)中的第一预定时间为20s，电压预定值为600V。
进一步的，所述软启阶段步骤3)中通过控制主接触器和串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电包括：
将主接触器合闸，每隔第二预定时间检测所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块，将所述对应的子模块旁路，通过串联侧H桥反并联二极管给其余子模块充电；
下一第二预定时间将旁路子模块投入，重新检测所有子模块直流母线电压最大值对应的子模块，将其对应的子模块旁路，通过串联侧H桥反并联二极管给其余子模块充电；
优选地，所述第二预定时间为10ms，所述预定个数的子模块为1个。
进一步的，所述软启阶段步骤4)中软启接触器分闸，通过控制主接触器和串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电包括：
每隔第二预定时间检测所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块，将所述对应的子模块旁路，通过串联侧H桥反并联二极管给其余子模块充电；
下一第二预定时间将旁路子模块投入，重新检测所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块，将其对应的子模块旁路，通过串联侧H桥反并联二极管给其余子模块充电；
优选地，所述第二预定时间为10ms，所述预定个数的子模块为2个。
进一步的，采用冒泡排序法进行排序，计算出所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块。
进一步的，将所述对应的子模块旁路，通过将串联侧H桥两个下开关管导通进行旁路。
进一步的，所述将旁路子模块投入，通过将串联侧H桥两个下开关管关断进行投入。
本发明的第二方面提供了一种电气化铁路同相供电装置启动系统，所述供电装置包括功率柜、启动柜、控制柜、进线开关柜和出线开关柜；所述功率柜包括功率单元；所述启动柜包括软启接触器、软启电阻和主接触器；所述进线开关柜包括串联侧断路器、串联侧隔离刀闸和串联侧接地刀闸；所述出线开关柜包括并联侧断路器、并联侧隔离刀闸和并联侧接地刀闸；所述功率单元包括并联侧H桥、直流母线电容和串联侧H桥,并联侧配备模块并网接触器，串联侧配备旁路开关；所述启动系统按照如前所述的电气化铁路同相供电装置启动方法进行启动。
综上所述，本发明提供了一种电气化铁路同相供电装置启动方法及系统，该方法采用硬件和软件相结合的方式；硬件方法包括：(1)软启接触器合闸，通过软启电阻和软启接触器、串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电；(2)主接触器合闸，通过主接触器、串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电；软件方法通过采用排序均压法对电容电压进行排序，选择最合适的模块投入和切除。本发明的方法和系统解决了启动过程中冲击电流大，直流母线电容电压不均压的问题，且本发明实现简便，具有成本低、可靠性高、适用范围广等优点。
本发明的有益技术效果有：
1、本发明采用排序均压方法，选择合适的母线电容投入和切除，确保直流母线电容电压均压，并且成本低，可靠性高，适用范围广。
2、本发明有效抑制启动过程中由于直流侧电压不稳定和直流电压压差大引起的冲击电流。
附图说明
图1是本发明实施例的电气化铁路同相供电装置单相组合结构示意图；
图2是本发明实施例的电气化铁路同相供电装置拓扑结构图；
图3是本发明实施例的电气化铁路同相供电装置的功率模块电路示意图；
图4是本发明实施例中电气化铁路同相供电装置启动方法的流程示意图；
图5是本发明实施例的电气化铁路同相供电装置软启阶段的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本实施例提供的单相组合同相供电系统如图1所示，牵引变电所由单相牵引变压器TT、备用牵引变压器TB和同相供电装置CPD组成。同相供电装置CPD由高压匹配变压器HMT、同相供电变流器ADA和牵引匹配变压器TMT组成。
牵引变压器TT和备用牵引变压器TB分别与高压匹配变压器TMT，构成不等边SCOTT连接组，即构成一种供电容量不等、电压幅值不等、电压相位垂直的特殊的三相-二相两相平衡变压器。正常运行中，牵引变压器TT和同相供电装置CPD一道给牵引网的牵引负荷供电，牵引变压器TT担负主要供电任务，同相供电装置CPD担负次要的供电任务，使整个供电系统的电能质量满足国标要求。
本实施例提供的同相供电装置拓扑如图2所示，采用背靠背H桥混联结构，由牵引匹配变压器、18个功率模块(含有2个冗余模块)、级联侧电抗器组成；功率模块由并联侧变流器、直流侧和串联侧变流器组成，直流侧可接入储能装置，并联侧变流器为并联连接，通过多绕组变压器接入电网M，串联侧变流器为串联连接，通过电抗器直接接入电网T。本实施例中功率单元模块个数18个(含有2个冗余模块)，实际应用中，可根据具体工程需求进行设计。
本实施例提供的同相供电装置的功率模块如图3所示，功率单元由并联侧H桥、直流母线电容和串联侧H桥组成，并联侧配备模块并网接触器，串联侧配备旁路开关。
本发明的第一方面提供了一种电气化铁路同相供电装置启动方法。如图4所示，包括以下步骤：
步骤S100，准备阶段：确认串联侧断路器、并联侧断路器、主接触器、软启接触器分闸，串联侧隔离刀闸、并联侧隔离刀闸合闸，串联侧接地刀闸、并联侧接地刀闸分闸；
步骤S200，软启阶段，包括：
1)串联侧断路器合闸，软启接触器合闸，通过控制软启电阻、软启接触器、串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电；
2)当软启充电时间大于第一预定时间且最小直流母线电压平均值大于一电压预定值时，主接触器合闸；
3)通过控制主接触器和串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电；
4)软启接触器分闸，通过控制主接触器和串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电。
步骤S300，稳压阶段：软启完成后，并联侧断路器合闸，模块并网接触器合闸，并联侧模块控制器开始稳压；
步骤S400，运行阶段：并联侧模块控制器稳压完成，串联侧控制器解锁脉冲。
进一步的，所述软启阶段步骤1)中通过控制软启电阻、软启接触器、串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电包括：每隔第二预定时间检测所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块，将所述对应的子模块旁路，通过串联侧H桥反并联二极管给其余子模块充电；下一第二预定时间将旁路子模块投入，重新检测所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块，将其对应的子模块旁路，通过串联侧H桥反并联二极管给其余子模块充电。优选地，所述第二预定时间为10ms，所述预定个数的子模块为2个。
进一步的，所述软启阶段步骤2)中的第一预定时间为20s，电压预定值为600V。
进一步的，所述软启阶段步骤3)中通过控制主接触器和串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电包括：将主接触器合闸，每隔第二预定时间检测所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块，将所述对应的子模块旁路，通过串联侧H桥反并联二极管给其余子模块充电；下一第二预定时间将旁路子模块投入，重新检测所有子模块直流母线电压最大值对应的子模块，将其对应的子模块旁路，通过串联侧H桥反并联二极管给其余子模块充电。优选地，所述第二预定时间为10ms，所述预定个数的子模块为1个。
进一步的，所述软启阶段步骤4)中软启接触器分闸，通过控制主接触器和串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电包括：每隔第二预定时间检测所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块，将所述对应的子模块旁路，通过串联侧H桥反并联二极管给其余子模块充电；下一第二预定时间将旁路子模块投入，重新检测所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块，将其对应的子模块旁路，通过串联侧H桥反并联二极管给其余子模块充电。优选地，所述第二预定时间为10ms，所述预定个数的子模块为2个。
进一步的，采用冒泡排序法进行排序，计算出所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块。
进一步的，将所述对应的子模块旁路，通过将串联侧H桥两个下开关管导通进行旁路。
进一步的，所述将旁路子模块投入，通过将串联侧H桥两个下开关管关断进行投入。
具体的，本实施例提供的同相供电装置启动方法中的软启阶段如图5所示，包括以下步骤：12kV GIS开关柜断路器合闸后，(1)软启接触器合闸后，1)采用排序均压法，每10ms检测所有子模块直流母线电压最大值对应的两个子模块，将该子模块旁路，通过软启电阻、软启接触器和串联侧H桥反并联二极管给其他子模块充电；2)下一10ms将旁路子模块投入，重新检测所有子模块直流母线电压最大值对应的两个子模块，将子模块旁路，通过软启电阻、软启接触器和串联侧H桥反并联二极管给其他子模块充电；(2)软启完成后，1)将主接触器合闸，每10ms检测所有子模块直流母线电压最大值对应的1个子模块，将该子模块旁路，通过主接触器和串联侧H桥反并联二极管给其他子模块充电；2)下一10ms将旁路子模块投入，重新检测所有子模块直流母线电压最大值对应的子模块，将子模块旁路，通过主接触器和串联侧H桥反并联二极管给其他子模块充电；(3)将软启接触器分闸后，1)每10ms检测所有子模块直流母线电压最大值对应的2个子模块，将该子模块旁路，通过主接触器和串联侧H桥反并联二极管给其他子模块充电；2)下一10ms将旁路子模块投入，重新检测所有子模块直流母线电压最大值对应的2个子模块，将子模块旁路，通过主接触器和串联侧H桥反并联二极管给其他子模块充电。
本发明的第二方面提供了一种电气化铁路同相供电装置启动系统，所述供电装置包括功率柜、启动柜、控制柜、进线开关柜和出线开关柜；所述功率柜包括功率单元；所述启动柜包括软启接触器、软启电阻和主接触器；所述进线开关柜包括串联侧断路器、串联侧隔离刀闸和串联侧接地刀闸；所述出线开关柜包括并联侧断路器、并联侧隔离刀闸和并联侧接地刀闸；所述功率单元包括并联侧H桥、直流母线电容和串联侧H桥,并联侧配备模块并网接触器，串联侧配备旁路开关；所述启动系统按照如前所述的电气化铁路同相供电装置启动方法进行启动。
综上所述，本发明提供了一种电气化铁路同相供电装置启动方法及系统，该方法采用硬件和软件相结合的方式；硬件方法包括：(1)软启接触器合闸，通过软启电阻和软启接触器、串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电；(2)主接触器合闸，通过主接触器、串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电；软件方法通过采用排序均压法对电容电压进行排序，选择最合适的模块投入和切除。本发明的方法和系统解决了启动过程中冲击电流大，直流母线电容电压不均压的问题，且本发明实现简便，具有成本低、可靠性高、适用范围广等优点。
以上给出了本发明涉及具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种电气化铁路同相供电装置启动方法，其特征在于，所述供电装置包括功率柜、启动柜、控制柜、进线开关柜和出线开关柜；所述功率柜包括功率单元；所述启动柜包括软启接触器、软启电阻和主接触器；所述进线开关柜包括串联侧断路器、串联侧隔离刀闸和串联侧接地刀闸；所述出线开关柜包括并联侧断路器、并联侧隔离刀闸和并联侧接地刀闸；所述功率单元包括并联侧H桥、直流母线电容和串联侧H桥,并联侧配备模块并网接触器，串联侧配备旁路开关；
所述启动方法包括以下步骤：
准备阶段：确认串联侧断路器、并联侧断路器、主接触器、软启接触器分闸，串联侧隔离刀闸、并联侧隔离刀闸合闸，串联侧接地刀闸、并联侧接地刀闸分闸；
软启阶段，包括：
1)串联侧断路器合闸，软启接触器合闸，通过控制软启电阻、软启接触器、串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电；
2)当软启充电时间大于第一预定时间且最小直流母线电压平均值大于电压预定值时，主接触器合闸；
3)通过控制主接触器和串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电；
4)软启接触器分闸，通过控制主接触器和串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电。
稳压阶段：软启完成后，并联侧断路器合闸，模块并网接触器合闸，并联侧模块控制器开始稳压；
运行阶段：并联侧模块控制器稳压完成，串联侧控制器解锁脉冲。
2.根据权利要求1所述的电气化铁路同相供电装置启动方法，其特征在于，所述软启阶段步骤1)中通过控制软启电阻、软启接触器、串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电包括：
每隔第二预定时间检测所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块，将所述对应的子模块旁路，通过串联侧H桥反并联二极管给其余子模块充电；
下一第二预定时间将旁路子模块投入，重新检测所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块，将其对应的子模块旁路，通过串联侧H桥反并联二极管给其余子模块充电；
优选地，所述第二预定时间为10ms，所述预定个数的子模块为2个。
3.根据权利要求1所述的电气化铁路同相供电装置启动方法，其特征在于，所述软启阶段步骤2)中的第一预定时间为20s，电压预定值为600V。
4.根据权利要求1所述的电气化铁路同相供电装置启动方法，其特征在于，所述软启阶段步骤3)中通过控制主接触器和串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电包括：
将主接触器合闸，每隔第二预定时间检测所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块，将所述对应的子模块旁路，通过串联侧H桥反并联二极管给其余子模块充电；
下一第二预定时间将旁路子模块投入，重新检测所有子模块直流母线电压最大值对应的子模块，将其对应的子模块旁路，通过串联侧H桥反并联二极管给其余子模块充电；
优选地，所述第二预定时间为10ms，所述预定个数的子模块为1个。
5.根据权利要求1所述的电气化铁路同相供电装置启动方法，其特征在于，所述软启阶段步骤4)中软启接触器分闸，通过控制主接触器和串联侧H桥反并联二极管给直流母线电容充电包括：
每隔第二预定时间检测所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块，将所述对应的子模块旁路，通过串联侧H桥反并联二极管给其余子模块充电；
下一第二预定时间将旁路子模块投入，重新检测所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块，将其对应的子模块旁路，通过串联侧H桥反并联二极管给其余子模块充电；
优选地，所述第二预定时间为10ms，所述预定个数的子模块为2个。
6.根据权利要求2、4-5所述的电气化铁路同相供电装置启动方法，其特征在于，采用冒泡排序法进行排序，计算出所有子模块直流母线电压最大值对应的预定个数的子模块。
7.根据权利要求2、4-5所述的电气化铁路同相供电装置启动方法，其特征在于，将所述对应的子模块旁路，通过将串联侧H桥两个下开关管导通进行旁路。
8.根据权利要求2、4-5所述的电气化铁路同相供电装置启动方法，其特征在于，所述将旁路子模块投入，通过将串联侧H桥两个下开关管关断进行投入。
9.一种电气化铁路同相供电装置启动系统，其特征在于，所述供电装置包括功率柜、启动柜、控制柜、进线开关柜和出线开关柜；所述功率柜包括功率单元；所述启动柜包括软启接触器、软启电阻和主接触器；所述进线开关柜包括串联侧断路器、串联侧隔离刀闸和串联侧接地刀闸；所述出线开关柜包括并联侧断路器、并联侧隔离刀闸和并联侧接地刀闸；所述功率单元包括并联侧H桥、直流母线电容和串联侧H桥,并联侧配备模块并网接触器，串联侧配备旁路开关；所述启动系统按照如权利要求1-8任一项所述的电气化铁路同相供电装置启动方法进行启动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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