CN216033916U - 一种多制式牵引供电装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及轨道交通供电技术领域，具体涉及一种多制式牵引供电装置，包括变压器组、变流器组和开关设备；所述变压器组，连接于三相电源和变流器组的输入端之间，用于将所述三相电源的三相电压信号转换为两相电压信号，得到第一制式电源；所述变流器组，连接于变压器组和开关设备之间，对第一制式电源进行变流，得到第二制式电源和第三制式电源；所述开关设备，连接于变流器组，控制多制式牵引供电装置输出；得到了能够输出多制式电源，向不同制式的轨道交通牵引负荷供电，避免供电基础设施的重复建设，提升轨道交通的安全经济运行水平。

Description

一种多制式牵引供电装置

技术领域

本公开涉及轨道交通供电技术领域，具体涉及一种多制式牵引供电装置。

背景技术

实现多种制式轨道交通的融合，有利于推动中心城市与外围区域的一体化发展，形成大都市圈。目前在全球范围内，发达的大型城市或城市群体内均已建立起多制式的轨道交通体系，实现了多种制式轨道交通的协同融合和综合服务，取得了显著效益。

轨道交通呈多制式、网络化发展趋势，趋向于干线铁路、城际铁路、市域(郊)铁路、城市轨道交通“四网融合”。不同制式轨道交通的设计规范、基础设施标准、系统制式等方面都存在较大差异，实现互联互通运营的技术壁垒多，其中牵引供电制式的差异是影响四网融合发展的主要技术壁垒之一。干线铁路、城际铁路、市域(郊)铁路、城市轨道交通采用不同的牵引供电制式，因此在进行四网融合时需采用多制式供电的方式，并重新配置相关供电设备，由于供电设备的功能单一，因此会导致牵引供电设备的总体投资增加，设备运营及维护工作量增大，供电设备的综合利用及运维效率不高。

综上可见，本领域亟需一种可靠、高效、经济的多制式牵引供电装置，用于向不同制式的轨道交通牵引负荷供电，避免供电基础设施的重复建设，提升轨道交通的安全经济运行水平。

实用新型内容

本公开提供了一种多制式牵引供电装置，用于向不同制式的轨道交通牵引负荷供电，避免供电基础设施的重复建设，提升轨道交通的安全经济运行水平。

本公开提供了一种多制式牵引供电装置，包括变压器组、变流器组和开关设备；

所述变压器组，连接于三相电源和变流器组的输入端之间，用于将所述三相电源的三相电压信号转换为两相电压信号，得到第一制式电源；

所述变流器组，连接于变压器组和开关设备之间，对第一制式电源进行变流，得到第二制式电源和第三制式电源；

所述开关设备，连接于变流器组，控制多制式牵引供电装置输出。

在一些技术方案中，所述变压器组的主接线包括Scott接线、Vx接线或者Vv接线。

在一些技术方案中，所述变压器组包括第一变压器和第二变压器，第一变压器和第二变压器的输出端分别将第一制式电源输出至α供电母线和β供电母线，所述α供电母线和所述β供电母线之间的供电不平衡时，所述变流器组将所述α供电母线和所述β供电母线之间的功率进行转移。

在一些技术方案中，所述变流器组，包括：

第一交直交变流器组，连接于第一变压器的输出端，用于将第一变压器输出的第一制式电源进行变流；

第二交直交变流器组，连接于第二变压器的输出端，用于将第二变压器输出的第一制式电源进行变流。

在一些技术方案中，所述变流器组，包括并联的多个变流支路；

所述多个变流支路的直流侧，将所述第一制式电源转换为第二制式电源；

所述多个变流支路的交流侧，将所述第一制式电源转换为第三制式电源。

在一些技术方案中，第一制式电源包括电压为27.5kv、频率为50hz的交流电源。

在一些技术方案中，第二制式电源包括3000v直流电源、1500v直流电源和750v直流电源中的至少一种。

在一些技术方案中，第三制式电源包括电压为15kv、频率为16.67hz的交流电源。

在一些技术方案中，所述开关设备包括第一制式开关组、第二制式开关组和第三制式开关组，通过调整所述开关设备内的不同开关组，控制多制式牵引供电装置输出不同制式的电源。

在一些技术方案中，所述变流器组的拓扑，采用两电平、三电平、多电平、链式级联型、MMC或者固态变压器中的至少一种。

本公开的技术方案，通过设置变压器组、变流器组和开关设备，并将所述变压器组，连接于三相电源和变流器组的输入端之间，用于将所述三相电源的三相电压信号转换为两相电压信号，得到第一制式电源；将所述变流器组，连接于变压器组和开关设备之间，对第一制式电源进行变流，得到第二制式电源和第三制式电源；将所述开关设备，连接于变流器组，控制多制式牵引供电装置输出；得到了能够输出多制式电源，向不同制式的轨道交通牵引负荷供电，避免供电基础设施的重复建设，提升轨道交通的安全经济运行水平。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本公开进行更详细的描述：

图1为本公开实施例提供的一种多制式牵引供电装置示意图。

100-变压器组；

200-变流器组；

300-开关设备；

101-第一变压器；

102-第二变压器；

201-第一交直交变流器组；

202-第二交直交变流器组；

301-第一制式开关组；

302-第二制式开关组；

303-第三制式开关组；

401-第一制式电源；

402-第二制式电源；

403-第三制式电源。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本公开方案，并对本公开如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。本公开实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本公开的保护范围之内。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本公开保护的范围。

需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实现轨道交通多种制式的融合是形成大都市圈的一大趋势，有利于推动中心城市与外围区域的一体化发展。目前在全球范围内，发达的大型城市或城市群体内均已建立起多制式的轨道交通体系，实现了多制式轨道交通的协同融合和综合服务，取得了显著效益。

近年来，轨道交通已成为引导城市群空间形态布局的重要力量和促进城市群形成发展的基础条件。随着经济社会的快速发展和技术水平的提升，轨道交通呈多制式、网络化发展趋势，要统筹考虑都市圈轨道交通网络布局，构建以轨道交通为骨干的通勤圈，为实现轨道交通多网融合及构筑一体衔接顺畅的现代综合枢纽，干线铁路、城际铁路、市域(郊)铁路、城市轨道交通的四网融合已成为轨道交通发展方向之一。不同制式轨道交通的设计规范、基础设施标准、系统制式等方面都存在较大差异，实现互联互通运营的技术壁垒多，其中牵引供电制式的差异是影响四网融合发展的主要技术因素之一。国铁干线/城际铁路、市域/郊铁路与城轨采用不同的牵引供电制式，因此在进行四网融合时需采用多制式供电方式，并重新配置供电相关设备，供电设备的功能单一，由此会导致牵引供电设备的总体投资增加，设备运营及维护工作量大，供电设备的综合利用及运维效率不高。

综上可见，本领域亟需一种可靠、高效、经济的多制式供电系统，用于向不同制式的轨道交通牵引负荷供电，避免供电基础设施的重复建设，提升轨道交通的安全经济运行水平。

在一种双流制式牵引供电系统中，包括：外部电源、直流牵引供电制式线路、交流牵引供电制式线路和接触网，外部电源与直流牵引供电制式线路的输入端以及交流牵引供电制式线路输入端连接，接触网与直流牵引供电制式线路的输出端以及交流牵引供电制式线路的输出端连接；接触网上设置有若干绝缘分区，以使相邻的直流牵引供电制式线路和交流牵引供电制式线路之间形成无电区。

在一种牵引供电控制设备和牵引供电系统中，包括牵引供电控制设备、多个整流机组和多个直流刀开关，每个整流机组在牵引供电控制设备的控制下，将输入的交流电压转换成指定的直流电压进行输出；多个直流刀开关设置在多个整流机组的输出端，在牵引供电控制设备的控制下进行开合，使多个整流机组的输出端实现不同形式的串并联组合，进而使整套供电系统能够输出不同电压等级的直流电压，提供给用电负载。

在一种电气化铁路双流制牵引供电系统中，包括：交流供电组件,用来提供交流供电，在其中一相上设置有第三断路器和第三隔离开关，在另外一相上设置有第四断路器和第四隔离开关；直流供电组件，用来提供直流供电，包括两个结构相同的直流变换单元，通过将牵引变压器副变两相电压分别经过一个直流变换单元得到所需直流电；所述两个直流变换单元中一个的第一断路器、第二断路器的分合闸与第三断路器形成互锁，另外一个直流变换单元中一个的第一断路器、第二断路器的分合闸与第四断路器形成互锁。

为满足单相交流25kV/50Hz、15kV/16.67Hz、直流3000V/1500V/750V等不同供电制式的牵引供电电源变换应用需求，本公开提出了一种能同时输出多种不同供电制式的牵引供电装置，可为基于不同供电制式的轨道交通互联互通及一体化牵引供电提供高性价比的关键技术及设备支撑。

实施例一

图1为本公开实施例提供的一种多制式牵引供电装置示意图。如图1所示，本实施例公开了一种多制式牵引供电装置，包括变压器组100、变流器组200和开关设备300；

所述变压器组100，连接于三相电源和变流器组200的输入端之间，用于将所述三相电源的三相电压信号转换为两相电压信号，得到第一制式电源401；其中，所述变压器组100可以是但不限于高压进线侧三相变两相变压器组；

所述变流器组200，连接于变压器组100和开关设备300之间，对第一制式电源401进行变流，得到第二制式电源402和第三制式电源403；其中，所述变流器组200可以是但不限于交直交(AC-DC-AC)变流器组；

所述开关设备300，连接于变流器组200，控制多制式牵引供电装置输出；其中，所述开关设备300可以是但不限于高压机械开关设备。

在本实施例中，三相电源连接于多制式牵引供电装置的高压进线侧。

本实施通过变压器组100将三相电源的三相电压信号转换为两相电压信号，得到第一制式电源401，通过变流器组200对第一制式电源401进行变流，得到第二制式电源402和第三制式电源403，通过开关设备300控制多制式牵引供电装置输出，能够使多制式牵引供电装置输出多制式电源，向不同制式的轨道交通牵引负荷供电，避免供电基础设施的重复建设，提升轨道交通的安全经济运行水平。

实施例二

在上述实施例的基础上，所述变压器组100的主接线包括Scott接线、Vx接线或者Vv接线。

Scott接线，将一台变压器的高压绕组的末端联结在另一台变压器高压绕组的中央，组成T形联结的三相高压绕组，这样联结起来的两台单相变压器便可用作三相变两相的变压器，例如，附图1中变压器组100的主接线采用了Scott接线。在实际的应用情况下，变压器组100的主接线还可采用多种形式，例如Vv\Vx\阻抗匹配平衡变压器等。

Vx接线，高压侧为一个绕组，低压侧分为T和F绕组，两个绕组中间接地，当两个这样的单相变压器组合到一起时，就成了Vx接线。

Vv接线，采用两台电压互感器连接三相电压中的两个线电压，从三相三线制的三角形连接上看，相当于是连接了三角形的两条边，呈V型，一般一次侧记为V，二次侧记为v，称Vv接线。

通过选取Scott接线、Vx接线或者Vv接线作为主接线，能够增加本实施例的多制式牵引供电装置的适用范围，进一步避免供电基础设施的重复建设，提升轨道交通的安全经济运行水平。

实施例三

在上述实施例的基础上，所述变压器组100包括第一变压器101和第二变压器102，第一变压器101和第二变压器102的输出端分别将第一制式电源401输出至α供电母线和β供电母线，所述α供电母线和所述β供电母线之间的供电不平衡时，所述变流器组200将所述α供电母线和所述β供电母线之间的功率进行转移。

此外，变压器组100也可以采用单相变压器、Vx变压器、YND11变压器、Vv变压器、阻抗匹配平衡变压器等。在一些情形下，第一制式电源401是27.5kV的单相工频交流电源。

在本实施例中，由第一变压器101和第二变压器102构建两个单相工频交流27.5kV牵引供电母线α供电母线和β供电母线。当α供电母线与β供电母线之间的牵引负荷不平衡时，可通过变流器组200在两个供电母线之间进行功率转移，实现平衡供电，并且该变流器组200也可控制α供电母线与β供电母线的电压水平，从而总体提升变压器组100的供电能力、供电品质及整个多制式牵引供电装置的电网适应性。

实施例四

在上述实施例的基础上，所述变流器组200，包括：

第一交直交变流器组201，连接于第一变压器101的输出端，用于将第一变压器101输出的第一制式电源401进行变流，其中，第一交直交变流器组201包括并联的多个相对独立的变流支路1、2、…n；

第二交直交变流器组202，连接于第二变压器102的输出端，用于将第二变压器102输出的第一制式电源401进行变流，其中，第二交直交变流器组202包括并联的多个相对独立的变流支路1、2、…n。

在本实施例中，所述变流器组200，包括并联的多个相对独立的变流支路；

所述多个变流支路的直流侧，即中间直流侧，将所述第一制式电源401转换为第二制式电源；第二制式电源包括多种制式的直流电源。

所述多个变流支路的交流侧，将所述第一制式电源402转换为第三制式电源。第三制式电源包括多种制式的交流电源。

本实施例采用相对独立的多支路并联方式构成交直交变流器组，能够显著提升供电可靠性。

在本实施例中，第一制式电源401包括但不限于电压为27.5kv、频率为50hz的交流电源；第二制式电源402包括但不限于3000v直流电源、1500v直流电源和750v直流电源中的至少一种；第三制式电源403包括但不限于电压为15kv、频率为16.67hz的交流电源。

在本实施例中，所述开关设备300包括第一制式开关组301、第二制式开关组302和第三制式开关组303，通过调整所述高压开关300内不同开关组，控制多制式牵引供电装置输出不同制式的电压，实现电能分配，并配合实现继电保护等功能。

在本实施例中，所述变流器组200可以是各种变流器拓扑，例如两电平、三电平、多电平、链式级联型、模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter，MMC)、固态变压器等；可以是直接接入牵引网25kV，也可以通过变压器降压接入；变流器组200可以采用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、IGCT(IntegratedGate-Commutated Thyristor，集成门极换流晶闸管)、SIC(碳化硅器件)等各种电力电子器件来实现。

例如，变流器组200的一端并入α供电母线与β供电母线，通过采用带中间直流环节的变流拓扑对α供电母线与β供电母线的电压频率及幅值进行变换，在变流器组200的输出端输出15kV/16.67Hz的单相交流低频供电电压作为第三制式电源。

变流器组200的直流侧可输出满足直流牵引供电系统要求的DC3000V、DC1500V、DC750V等不同等级的牵引供电电压作为第二制式电源。

本实施例的多制式牵引供电装置可基于统一的协同控制保护策略输出不同供电制式的电压，并兼顾平衡供电及牵引网压控制的功能。在具体的应用场景下，本实施例的多制式牵引供电装置也可灵活调整装置结构，实现单一供电制式下的牵引供电。

本实施例通过一套设备同时输出多种供电制式，可满足目前全球轨道交通绝大部分的牵引供电需求，特别适用于需要实现互联互通的线路枢纽变电站及多制式牵引供电试验系统的牵引供电应用场景，供电设备利用率及集约化程度高，便于实现设备的统一运营及维护。

本实施例通过变流器组可实现平衡供电及母线电压控制功能，提升了多制式牵引供电装置的电网适应性，从而降低了多制式牵引供电装置对外部电网的供电品质、短路水平等相关要求。

需要说明的是，在本公开中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然本公开所揭露的实施方式如上，但上述的内容只是为了便于理解本公开而采用的实施方式，并非用以限定本公开。任何本公开所属技术领域内的技术人员，在不脱离本公开所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本公开的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种多制式牵引供电装置，其特征在于，包括变压器组、变流器组和开关设备；

所述变压器组，连接于三相电源和变流器组的输入端之间，用于将所述三相电源的三相电压信号转换为两相电压信号，得到第一制式电源；

所述变流器组，连接于变压器组和开关设备之间，对第一制式电源进行变流，得到第二制式电源和第三制式电源；

所述开关设备，连接于变流器组，控制多制式牵引供电装置输出。

2.根据权利要求1所述的多制式牵引供电装置，其特征在于，所述变压器组的主接线包括Scott接线、Vx接线或者Vv接线。

3.根据权利要求2所述的多制式牵引供电装置，其特征在于，所述变压器组包括第一变压器和第二变压器，第一变压器和第二变压器的输出端分别将第一制式电源输出至α供电母线和β供电母线，所述α供电母线和所述β供电母线之间的供电不平衡时，所述变流器组将所述α供电母线和所述β供电母线之间的功率进行转移。

4.根据权利要求1所述的多制式牵引供电装置，其特征在于，所述变流器组，包括：

第一交直交变流器组，连接于第一变压器的输出端，用于将第一变压器输出的第一制式电源进行变流；

第二交直交变流器组，连接于第二变压器的输出端，用于将第二变压器输出的第一制式电源进行变流。

5.根据权利要求3所述的多制式牵引供电装置，其特征在于，所述变流器组，包括并联的多个变流支路；

所述多个变流支路的直流侧，将所述第一制式电源转换为第二制式电源；

所述多个变流支路的交流侧，将所述第一制式电源转换为第三制式电源。

6.根据权利要求1所述的多制式牵引供电装置，其特征在于，第一制式电源包括电压为27.5kv、频率为50hz的交流电源。

7.根据权利要求1所述的多制式牵引供电装置，其特征在于，第二制式电源包括3000v直流电源、1500v直流电源和750v直流电源中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的多制式牵引供电装置，其特征在于，第三制式电源包括电压为15kv、频率为16.67hz的交流电源。

9.根据权利要求1所述的多制式牵引供电装置，其特征在于，所述开关设备包括第一制式开关组、第二制式开关组和第三制式开关组，通过调整所述开关设备内的不同开关组，控制多制式牵引供电装置输出不同制式的电源。

10.根据权利要求1所述的多制式牵引供电装置，其特征在于，所述变流器组的拓扑，采用两电平、三电平、多电平、链式级联型、MMC或者固态变压器中的至少一种。

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