CN1236718A - 包括电动牵引车的供电母线的电压型牵引系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电压型牵引系统,它包括电动牵引车的供电母线,所述供电母线各包括一个2F滤波器,其特征在于,所述供电母线组的所述2F滤波器的中点连接在一起。

Description

包括电动牵引车的供电母线的电压型牵引系统
本发明一般说来涉及电动牵引系统，更具体地说，涉及一种包括电动牵引车的供电母线的电压型电动牵引系统。
在电动牵引系统的领域里，GTO(门电路断开)技术有利于应用一种电动牵引系统的电力布置，这种牵引系统包括共用母线式母线。
IGBT(绝缘栅双极晶体管)可能有利于实现一种电动牵引系统的电力布置，这种牵引系统包括分开母线式母线。
包括共用母线式母线的现有技术电动牵引系统的电力布置具有优点：
-所有牵引功率在相同母线上的强制整流单相桥(从现在起称为PMCF)之间均分，因此即使牵引功率在各换流器分散，在PMCF内也无过电流；
-在由N个PMCF组成一个母线情况下，从悬垂网上没有振荡的观点来说，N个PMCF的交错有可能使所有从族1到族N-1的谱线最小，引起性能级，由于使一次电流IPE的值的水平得到保证，性能级就更高；
-在隔离PMCF情况下，仍提供总起动力，同时遵守剩余PMCF的交错质量；
-在直流母线上容易安装辅助装置。
这样包括共用母线式母线的现有技术电动牵引系统的电力布置具有缺点：
-共用母线的短路必然带来所有牵引电动机上的过剩转矩；
-因为IGBT的整流电路需要低电路电感，所以在共用母线的所有电容器上的短路可能引起过电流现象。
包括各驱动桥具有分开母线式母线的现有技术电动牵引系统的电力布置具有优点：
-即使一个母线短路，也使过电流最小，并且使电动机的过剩转矩限于单换流器，因此对其他母线无影响；
这样包括各驱动桥具有分开母线式母线的现有技术电动牵引系统的电力布置具有缺点：
-在各母线独立操作下，因为直流电压和牵引功率的测量分散在各换流器上，所以不能保证N个分开母线上的N个PMCF的交错质量，因此使谐波和一次电流IPE的值变坏；
-因为交错这个相同问题，必须使PMCF尺寸稍大；
-在分开母线上难以安装辅助装置。
下表1集中了现有技术电动牵引系统的各种电力布置的所有性能方面。表1
本发明的另一个目的是一种包括电动牵引车的供电母线的电动牵引系统，这种牵引系统呈现按照现有技术包括共用母线式供电母线的牵引系统的各种优点，以及按照现有技术包括分开母线式供电母线的牵引系统的各种优点。
本发明的另一个目的是一种包括电动牵引车的供电母线的电动牵引系统，这种牵引系统不呈现按照现有技术的电动牵引系统的各种缺点。
本发明的另一个目的是一种包括电动牵引车的供电母线的电动牵引系统，其中使总体性能得到改善。
按照本发明，包括电动牵引车的供电母线的电压型牵引系统特征如下。
本发明包括电动牵引车的供电母线的电压型牵引系统的一个优点是功率及谐波的性能更好。
阅读包括电动牵引车的供电母线的电压型牵引系统的优选实施例的说明，本发明的其他目的、特征和优点将显现出来，本说明连同附图给出，其中：
-图1是按照现有技术包括分开母线式母线的电动牵引系统的电力布置；
-图1A至图1D分别表示由图1电力布置所获得的谐波水平及四个二次电流的波形；
-图2是按照现有技术包括各悬挂装置具有共用母线式母线的电动牵引系统的电力布置；
-图2A至图2D分别表示由图2电力布置所获得的谐波水平及四个二次电流的波形；
-图3是按照现有技术包括共用母线式母线的电动牵引系统的电力布置；
-图3A和图3B分别表示由图3电力布置所获得的谐波水平及四个二次电流的波形；
-图4是按照本发明包括半共用母线式母线的电动牵引系统的第一优选实施例的电力布置；
-图4A和图4B分别表示由图4电力布置所获得的谐波水平及四个二次电流的波形；
-图5是按照本发明包括两个半共用母线式母线的电动牵引系统的另一个优选实施例的电力布置；
-图5A至图5C分别表示在2F电流和较高母线短路的直流电流情况下，图5的电力布置的等效布置；
-图6是按照本发明包括半共用母线式母线的电动牵引系统的另一个优选实施例的电力布置；
-图7是按照本发明包括半共用母线式母线的电动牵引系统的另一个优选实施例的电力布置。
图1是按照现有技术包括分开母线式母线的电动牵引系统的电力布置。
本图1表示一种具有四个母线的牵引系统，各母线包括一个PMCF和一个2F滤波器。
图1A至图1D分别表示在一个PMCF休止的正常操作下，由图1电力布置所获得的谐波水平及四个二次电流的波形。
图2是按照现有技术包括每悬挂装置具有共用母线式母线的电动牵引系统的电力布置。
本图2表示一种具有四个母线的牵引系统，各母线包括一个PMCF和一个2F滤波器，母线成对布置，以便使各对母线与两个PMCF相联。
图2A至图2D分别表示在一台电动机停止的正常操作下，由图2电力布置所获得的谐波水平及四个二次电流的波形。
图3是按照现有技术包括共用母线式母线的电动牵引系统的电力布置。
本图3表示一种具有四个母线的牵引系统，各母线包括一个PMCF，母线中仅有一个包括一个2F滤波器，母线以这样方式布置，以便使母线组与四个PMCF相联。
图3A和图3B分别表示由图3电力布置所获得的谐波水平及四个二次电流的波形。
图4是按照本发明包括半共用母线式母线的电动牵引系统的第一优选实施例的电气布置。
该电压型牵引系统包括电动牵引车的供电母线。
供电母线各包括一个2F滤波器，滤波器的中点优选地用开关元件连接在一起。
因此图4表示一个四母线牵引系统，各母线包括一个PMCF和一个2F滤波器，2F滤波器以这样方式布置，以便使供电母线组的2F滤波器的中点连接在一起。
图4A和图4B分别表示由图4电力布置所获得的谐波水平及四个二次电流的波形。
图5表示按照本发明包括两个半共用母线式母线的电动牵引系统的第一优选实施例的电力布置。
图5A至图5C分别表示在2F电流和较高母线短路的直流电流情况下，图5的电力布置的等效电路图。
图6是按照本发明包括半共用母线式母线的电动牵引系统的另一个优选实施例的电力布置。
按照本发明的电动牵引系统的这个另一个优选实施例，供电母线用自电感元件直接连接。
图7是按照本发明包括半共用母线式母线的电动牵引系统的另一个优选实施例的电力布置。
按照本发明的电动牵引系统的这个另一个优选实施例，第一半供电母线各包括一个2F滤波器，另一半供电母线成对地与第一半供电母线连接，并且第一半供电母线的2F滤波器的中点连接在一起。
模拟
以下限定的模拟在四种型式的现有技术电动牵引系统的电力布置上执行，其包括具有下列母线型式的母线。
牵引系统的布置：
按照现有技术的选择1：
四母线牵引系统，各母线包括一个PMCF和一个2F滤波器(图1)。
按照现有技术的选择2：
四母线牵引系统，各母线包括一个PMCF和一个2F滤波器，母线以这样方式成对布置，以便各对母线与两个PMCF相联(图2)。
按照现有技术的选择3：
四母线牵引系统，各母线包括一个PMCF，母线中仅有一个包括一个2F滤波器，母线以这样方式布置，以便使母线组与4个PMCF相联(图3)。
按照本发明的选择4：
四母线系统，各母线包括一个PMCF和一个2F滤波器，2F滤波器以这样方式布置，以便使供电母线组的滤波器2F的中点连接在一起(图4)。
在母线之间存在微小分散情况下的模拟结果
下表2表示在直流母线之间存在有限分散的模拟结果。
选择1 选择2 选择3 选择4
母线数     4     2     1   -
每个母线的PMCF和换流器数     1     2     4   -
交错PMCF数     4     4     4   -
母线1上Uc分散的值  10％  10％   0％   -
母线1上功率分散的值  10％  10％   0％   -
一次电流IPE的值    差  平均    好   -
一次电流IPE的谱  图1A  图2A  图3A   -
四个二次电流的曲线  图1B  图2B  图3B   -
表2
对于由Uc测量或换流器控制误差所引起的小分散的谐波水平的比较表示，一个母线上约10％的Uc和功率不平衡引起：
-在四个分开母线各由一个PMCF组成情况下，第一族谱线及一次电流IPE的值增加58％，
-在两个分开母线各由两个PMCF组成情况下，第二族谱线及一次电流IPE的值增加35％。
结果显示，假定悬垂线完美，则分开母线可接受。
然而，如果牵引机车离悬垂线下的变电站很远，则谐波和电流IPE危险就显著降低。
在母线之间存在相当大不平衡情况下的模拟结果
下表3表示在换流器之间有相当大差异的模拟结果。
选择1 选择2 选择3 选择4
母线数 4 2   - 1
每个母线的PMCF和换流器数 1 2   - 4
交错PMCF数 4 4   - 4
母线1上Uc分散的值 0％ 0％   - 0
母线1上功率分散的值 100％ 50％   - 0
一次电流IPE的值 差 平均   - 好
一次电流IPE的谱 图1C 图2C   - 图4A
四个二次电流的曲线 图1D 图2D   - 图4B
表3
在分开母线之间存在相当大功率差情况下，不再能保证谐波和IPE。
对于选择1，如果母线1上的换流器断开(假设情况)，则IPE能达到大于正常的四倍。
对于选择2，如果母线1上的换流器断开，IPE能达到正常的两倍。
当与直流牵引母线连接的辅助装置的功率相当大时，这种情形可能出现。
按照本发明称为分开共用母线布置的选择4表示与共用母线布置相同的性能。
图5是按照本发明包括两个半共用母线式母线的电动牵引系统的另一个优选实施例的电力布置。
图5A至图5C分别表示在2F电流和上母线短路的直流电流情况下，图5的电力布置的等效电路图。
按照本发明包括两个半共用母线式母线的电动牵引系统的电动布置包括一个通过电感器在各个母线之间的连接。
按照本发明包括半共用母线式母线的电动牵引系统的电动布置的第一优选实施例，该电动牵引系统包括一个在2F滤波器之间的连接(图4)。
这个电力布置的第一优选实施例的优点是保存了分开母线的优点及共用母线的优点，而不增加大量设备。
在按照本发明的电动牵引系统的稳态操作情况下，2F滤波器的连接允许能量在母线之间通过，并且强使直流电压Uc均匀。
因此使PMCF的电流均匀，因此保存了具有共用母线的电动牵引系统的优点。
在一个直流母线短路情况下，从其他母线供给的能量通过2F电感器。
因此保存了具有分开母线的电动牵引系统的优点。
结论
为了即使在直流母线短路情况下也避免过电流，因为电压Uc和负载的分散，所以选择具有连续分开母线的布置使谐波和IPE的性能降低。
然而，因为出现低次谐波，所以在悬垂线谐振时变坏危险变得严重。
根据已知为分开母线布置的布置，本申请人还有价值地提出了一种电力布置，称为共用母线布置，这种布置的特点是在所有母线上共用地布置2F电容器。
因此模拟结果表示，按照本发明具有半共用母线的电力布置和现有技术共用母线布置所表现的那样，表现相同的谐波和相同的IPE的值，同时就与瞬态有关来说，保存现有技术分开母线电力布置的优点。

Claims (2)

1．包括电动牵引车的供电母线的电压型牵引系统，其中所述供电母线中至少一部分的母线各包括一个2F滤波器，其特征在于，所述供电母线的所述2F滤波器的中点连接在一起。
2．按照权利要求1的电压型牵引系统，其特征在于，所述部分组成所述供电母线的第一半，所述供电母线的另一半成对地与所述供电母线的所述第一半连接。
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