CN216086490U - 一种基于电力电子变压器的同相供变电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于电力电子变压器的同相供变电装置，包括牵引变压器和基于电力电子变压器的变流补偿器，所述牵引变压器一次侧接三相电网，二次侧分别接牵引母线和所述变流补偿器的输入端，所述变流补偿器的输出端接所述牵引母线，所述牵引母线提供同相电给接触网。本实用新型采用体积小、重量轻的电力电子变压器，可以取消牵引匹配变压器，是一种新的同相供电选择方案。

Description

一种基于电力电子变压器的同相供变电装置

技术领域

本实用新型涉及电气化铁路与城市轨道技术领域，尤其涉及一种基于电力电子变压器的同相供变电装置。

背景技术

我国现行电气化铁路牵引供电系统取电于三相电力系统，在接触网上采用分区分相的方式对列车进行单相供电。这种技术存在电分相问题和以负序为主的电能质量问题，是电气化铁路牵引供电系统中最薄弱的环节。

理论和实践均表明采用同相供电技术可以在取消牵引变电所出口分相、消除供电瓶颈、增加供电能力、增强节能效果的同时，还能有效治理负序电流，达到以三相电压不平衡度国标限值为主的电能质量要求，有利于促进电力与铁路的共同与和谐发展。

实用新型人所在团队曾提出了一种单相三相组合式同相供变电装置(中国实用新型申请号：201210583674.X)、一种单相组合式同相供变电构造(中国实用新型申请号：201310227591.1)和一种Vv接线同相供变电构造(中国实用新型申请号：201310308559.6)，这三种方案中，除了牵引变压器，实现同相供电的主要技术手段为交直交变流器+牵引匹配变压器，这里的牵引匹配变压器为电力变压器，由于电力变压器体积庞大，导致装置整体重量重，占地面积大，运输困难。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于电力电子变压器的同相供变电装置，采用体积小、重量轻的电力电子变压器，可以取消牵引匹配变压器，是一种新的同相供电选择方案。

本实用新型通过以下技术手段实现：

一种基于电力电子变压器的同相供变电装置，包括牵引变压器和基于电力电子变压器的变流补偿器，所述牵引变压器一次侧接三相电网，二次侧分别接牵引母线和所述变流补偿器的输入端，所述变流补偿器的输出端接所述牵引母线，所述牵引母线提供电源给接触网。

进一步地，所述变流补偿器包括整流器、电力电子变压器和逆变器，所述整流器的输入端作为所述变流补偿器的输入端与所述牵引变压器二次侧连接，所述整流器的输出端与所述电力电子变压器的输入端连接，所述电力电子变压器的输出端与所述逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端作为所述变流补偿器的输出端接所述牵引母线。

进一步地，包括n个电力电子变压器，所述整流器包括n个整流单元，所述逆变器包括n个逆变单元，n个整流单元的输入端级联后作为所述整流器的输入端，n个电力电子变压器的输入端分别与n个整流单元的输出端连接，n个电力电子变压器的输出端分别与n个逆变单元的输入端连接，n个逆变单元的输出端级联后作为所述逆变器的输出端；其中，n≥1。

进一步地，所述整流单元采用两电平单相有源全桥结构，或三电平单相有源全桥结构；所述逆变单元采用两电平单相有源全桥结构，或三电平单相有源全桥结构。

进一步地，所述电力电子变压器包括依次连接的单相全桥逆变器、高频变压器和单相全桥整流器，所述单相全桥逆变器的直流输入端作为所述电力电子变压器的输入端，所述单相全桥整流器的直流输出端作为所述电力电子变压器的直流输出端。

进一步地，所述单相全桥逆变器的输出端与所述高频变压器的一次侧之间连接有串联谐振单元，所述高频变压器的二次侧与所述单相全桥整流器的输入端之间连接有串联谐振单元。

进一步地，所述电力电子变压器包括依次连接的单相半桥逆变器、高频变压器和单相半桥整流器，所述单相半桥逆变器的直流输入端作为所述电力电子变压器的输入端，所述单相半桥整流器的直流输出端作为所述电力电子变压器的输出端。

进一步地，所述单相半桥逆变器的输出端与所述高频变压器的一次侧之间连接有串联谐振单元，所述高频变压器的二次侧与所述单相半桥整流器的输入端之间连接有串联谐振单元。

进一步地，所述串联谐振单元包括串联的电容器和电抗器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、本实用新型将电力电子变压器应用到牵引供电领域，实现同相供电功能，为一种新的同相供电选择方案；

二、电力电子变压器具有自保护功能，不需要继电保护装置与之配合运行，减少外围保护电路，便于施工和维护；

三、电力电子变压器较匹配变压器体积小，重量轻，整体上可以降低占地面积。

附图说明

图1是采用单相组合式牵引变压器的同相供变电装置示意图。

图2是采用单三相组合式牵引变压器的同相供变电装置示意图。

图3是采用VV接线式牵引变压器的同相供变电装置示意图。

图4是采用全桥结构电力电子变压器的变流补偿器结构示意图。

图5是采用半桥结构电力电子变压器的变流补偿器结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。

实施例

如图1、图2或图3所示，本实施例提供一种基于电力电子变压器的同相供变电装置，包括牵引变压器和基于电力电子变压器的变流补偿器，所述牵引变压器一次侧接三相电网，二次侧分别接牵引母线和所述变流补偿器的输入端，所述变流补偿器的输出端接所述牵引母线，所述牵引母线提供电源给接触网。

这里，牵引变压器可以采用如图1所示的单相组合式牵引变压器，也可以采用如图2所示的单三相组合式牵引变压器，还可以采用如图3所示的VV接线式牵引变压器，具体地，以单相组合式牵引变压器为例，单相组合式牵引变压器包括第一变压器(相当于201310227591.1中的牵引变压器TT)和第二变压器(相当于201310227591.1中的高压匹配变压器HMT)，第二变压器原边绕组的一端与第一变压器原边绕组中点相接，第二变压器原边绕组的另一端和第一变压器原边绕组的两端作为所述牵引变压器的一次侧接三相电网，第一变压器次边绕组的一端接地，另一端接牵引母线，第二变压器次边绕组的两端与变流补偿器输入端连接。单三相组合式牵引变压器和VV接线式牵引变压器的具备接线方式可以参考图2及图3，也可以参考201210583674.X和201310308559.6。

本实施例采用基于电力电子变压器的变流补偿器，消了牵引匹配变压器，即本实施例的变流补偿器可以不包括电力变压器，具体地，本实施例的变流补偿器不包括牵引匹配变压器，一方面，电力电子变压器体积小，重量轻，自身带有保护功能，不需要另外设置外围保护电路，不仅可以减少设备整体占地面积，便于施工，也可以简化装置电路，有利于后期维护，另一方面，具体实施本实施例时，同相供变电装置可以设置在变电所，变流补偿器与牵引变压器配合提供同相电给牵引母线，可以取消变电所出口处的电分相，构成一套全新的同相供电方案。

作为优选，如图4和图5所示，所述变流补偿器包括整流器、电力电子变压器和逆变器，所述整流器的输入端作为所述变流补偿器的输入端与所述牵引变压器二次侧连接(比如整流器的输入端与上述单相组合式牵引变压器中第二变压器的次边绕组两端连接)，所述整流器的输出端与所述电力电子变压器的输入端连接，所述电力电子变压器的输出端与所述逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端作为所述变流补偿器的输出端接所述牵引母线。这里，整流器可以为H桥级联整流器，逆变器可以为H桥级联逆变器，另外，一般情况下，整流器的输入端为低压交流输入端，逆变器的输出端为高压交流输出端。

作为优选，如图4和图5所示，本实施例包括n个电力电子变压器，所述整流器包括n个整流单元，所述逆变器包括n个逆变单元，n个整流单元的输入端级联(串联)后作为所述整流器的输入端，n个电力电子变压器的输入端分别与n个整流单元的输出端连接，n个电力电子变压器的输出端分别与n个逆变单元的输入端连接，n个逆变单元的输出端级联后作为所述逆变器的输出端；其中，n≥1。

这里，n个整流单元的结构可以相同，n个电力电子变压器的结构可以相同，n个逆变单元的结构可以相同，从而让各个整流单元、各个电力电子变压器和各个逆变单元均匀承担输入电压，有利于保证稳定的电能质量，n的取值根据整流器的输入电压和电力电子器件电压等级确定，适用电压范围广；n个逆变单元的输出端采用级联方式，与并联结构相比，可适应高电压场合，配置更灵活。

作为优选，所述整流单元采用两电平单相有源全桥结构，或三电平单相有源全桥结构；所述逆变单元采用两电平单相有源全桥结构，或三电平单相有源全桥结构。

作为优选，所述电力电子变压器包括依次连接的单相全桥逆变器、高频变压器和单相全桥整流器，所述单相全桥逆变器的直流输入端作为所述电力电子变压器的输入端，所述单相全桥整流器的直流输出端作为所述电力电子变压器的直流输出端。

作为优选，所述单相全桥逆变器的输出端与所述高频变压器的一次侧之间连接有串联谐振单元，所述高频变压器的二次侧与所述单相全桥整流器的输入端之间连接有串联谐振单元。这里，设置串联谐振单元，可以减小中高频变压器绕组涡流损耗，进一步提高了电力电子变压器的效率。

作为优选，所述电力电子变压器包括依次连接的单相半桥逆变器、高频变压器和单相半桥整流器，所述单相半桥逆变器的直流输入端作为所述电力电子变压器的输入端，所述单相半桥整流器的直流输出端作为所述电力电子变压器的输出端。

作为优选，所述单相半桥逆变器的输出端与所述高频变压器的一次侧之间连接有串联谐振单元，所述高频变压器的二次侧与所述单相半桥整流器的输入端之间连接有串联谐振单元。

作为优选，所述串联谐振单元包括串联的电容器和电抗器。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于电力电子变压器的同相供变电装置，其特征在于，包括牵引变压器和基于电力电子变压器的变流补偿器，所述牵引变压器一次侧接三相电网，二次侧分别接牵引母线和所述变流补偿器的输入端，所述变流补偿器的输出端接所述牵引母线，所述牵引母线提供电源给接触网。

2.根据权利要求1所述的一种基于电力电子变压器的同相供变电装置，其特征在于，所述变流补偿器包括整流器、电力电子变压器和逆变器，所述整流器的输入端作为所述变流补偿器的输入端与所述牵引变压器二次侧连接，所述整流器的输出端与所述电力电子变压器的输入端连接，所述电力电子变压器的输出端与所述逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端作为所述变流补偿器的输出端接所述牵引母线。

3.根据权利要求2所述的一种基于电力电子变压器的同相供变电装置，其特征在于，包括n个电力电子变压器，所述整流器包括n个整流单元，所述逆变器包括n个逆变单元，n个整流单元的输入端级联后作为所述整流器的输入端，n个电力电子变压器的输入端分别与n个整流单元的输出端连接，n个电力电子变压器的输出端分别与n个逆变单元的输入端连接，n个逆变单元的输出端级联后作为所述逆变器的输出端；其中，n≥1。

4.根据权利要求3所述的一种基于电力电子变压器的同相供变电装置，其特征在于，所述整流单元采用两电平单相有源全桥结构，或三电平单相有源全桥结构；所述逆变单元采用两电平单相有源全桥结构，或三电平单相有源全桥结构。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的基于电力电子变压器的同相供变电装置，其特征在于，所述电力电子变压器包括依次连接的单相全桥逆变器、高频变压器和单相全桥整流器，所述单相全桥逆变器的直流输入端作为所述电力电子变压器的输入端，所述单相全桥整流器的直流输出端作为所述电力电子变压器的直流输出端。

6.根据权利要求5所述的基于电力电子变压器的同相供变电装置，其特征在于，所述单相全桥逆变器的输出端与所述高频变压器的一次侧之间连接有串联谐振单元，所述高频变压器的二次侧与所述单相全桥整流器的输入端之间连接有串联谐振单元。

7.根据权利要求5所述的基于电力电子变压器的同相供变电装置，其特征在于，所述电力电子变压器包括依次连接的单相半桥逆变器、高频变压器和单相半桥整流器，所述单相半桥逆变器的直流输入端作为所述电力电子变压器的输入端，所述单相半桥整流器的直流输出端作为所述电力电子变压器的输出端。

8.根据权利要求7所述的基于电力电子变压器的同相供变电装置，其特征在于，所述单相半桥逆变器的输出端与所述高频变压器的一次侧之间连接有串联谐振单元，所述高频变压器的二次侧与所述单相半桥整流器的输入端之间连接有串联谐振单元。

9.根据权利要求6或8所述的基于电力电子变压器的同相供变电装置，其特征在于，所述串联谐振单元包括串联的电容器和电抗器。

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