專利名稱：軌道電力機(jī)車的牽引同相供電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軌道電力機(jī)車的牽引領(lǐng)域，具體涉及軌道電力機(jī)車的牽引同相 供電裝置。
背景技術(shù)：
鐵路電氣化是促進(jìn)鐵路實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的關(guān)鍵，鐵路電氣化不僅是提高鐵 路運(yùn)輸能力、改進(jìn)鐵路運(yùn)營的最有效途徑，也是合理利用資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境 的最佳選擇。高速與重載運(yùn)輸采用電力牽引更具優(yōu)勢。
目前我國電氣化鐵路采用25KV單相工頻交流制。單相供電具有結(jié)構(gòu)簡單、 建設(shè)成本低、運(yùn)行維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)和較明顯的經(jīng)濟(jì)效益，但也存在著許多 亟待解決的問題，主要表現(xiàn)在
1. 系統(tǒng)三相嚴(yán)重不平衡
交流電氣化鐵道牽引負(fù)荷--電力機(jī)車為變化頻繁的單相負(fù)荷，在電力系統(tǒng)中 產(chǎn)生較大的負(fù)序電流，造成三相嚴(yán)重不平衡。不平衡程度與牽引負(fù)荷的大小和 變電所主變壓器接線形式有關(guān)。
2. 諧波與無功問題
我國電氣化鐵道運(yùn)行的交-直整流器電力機(jī)車是一種非線性、低功率因數(shù)負(fù) 荷，將對牽引供電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)注入各次諧波電流，成為一種諧波源。電力 機(jī)車在不同工況下，牽引負(fù)荷電流相位角(相對于牽引網(wǎng)電壓)的變化幅度較 大，致使功率因數(shù)偏低。
3. 在異相供電方式中，為求得對電力系統(tǒng)的平衡，牽引變電所采取三相進(jìn) 線換相連接措施，這就導(dǎo)致了 27.5KV側(cè)接觸網(wǎng)電分相(分相絕緣器)環(huán)節(jié)的出現(xiàn)。 而高速和重載運(yùn)輸則要求機(jī)車受電弓平滑連續(xù)受流，因此，這種電分相由于其 機(jī)械、電氣上的弱點(diǎn)，不僅成為速度和牽引力損失的主要原因，也是整個系統(tǒng) 中最薄弱的環(huán)節(jié)之一。
為解決這些問題，同相供電裝置研制工作得到了重視，國外已有同相 16.7HZ、 25HZ同相供電系統(tǒng)的應(yīng)用，國內(nèi)也有同相供電裝置的研制工作，但由 于相關(guān)技術(shù)還處于探索階段，至實(shí)用還有一定的過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種簡單易行的軌道 電力機(jī)車的牽引同相供電裝置，該裝置基于動態(tài)有功調(diào)節(jié)、無功補(bǔ)償，可實(shí)現(xiàn) 電氣化鐵路接觸網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，供電所聯(lián)網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行后，供電電源容量擴(kuò)大，
使得機(jī)車供電電壓穩(wěn)定，保證機(jī)車的高速、重載運(yùn)行；其動態(tài)有功調(diào)節(jié)及無功 補(bǔ)償消除了對電網(wǎng)的影響，無論對改造還是新建都是較佳的選擇方案。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題軌道電力機(jī) 車的牽引同相供電裝置，其特征在于包括設(shè)有第一次級繞組、第二次級繞組、 第三次級繞組的降壓變壓器，與降壓變壓器第一次級繞組、第二次級繞組連接 的牽引變壓器，連接在降壓變壓器第三次級繞組與牽引變壓器之間的、用于調(diào) 節(jié)降壓變壓器輸出電壓相位與幅值的動態(tài)有功調(diào)節(jié)器，以及并聯(lián)在牽引變壓器 輸出端的濾波器、無功補(bǔ)償器。其中動態(tài)有功調(diào)節(jié)器通過調(diào)整降壓變壓器輸出 電壓的相位與幅值，使降壓變壓器的三段次級繞組輸出功率一致，使降壓變壓 器初級三相負(fù)荷達(dá)到平衡；牽引變壓器的輸出端并聯(lián)LC濾波器及靜態(tài)無功補(bǔ)償 器以消除部分諧波，補(bǔ)償部分無功分量；牽引變壓器通過所連接的動態(tài)無功補(bǔ) 償器，進(jìn)一步補(bǔ)償無功、消除部分諧波分量。
所述濾波器為LC濾波器為LC濾波器且設(shè)有至少一組；所述無功補(bǔ)償器包 括一組動態(tài)無功補(bǔ)償器和至少一組靜態(tài)無功補(bǔ)償器；所述牽引變壓器輸出端設(shè) 有至少一路輸出電源，每一路輸出電源均并聯(lián)一組LC濾波器及一組靜態(tài)無功補(bǔ) 償器。其中LC濾波器可根據(jù)常規(guī)電源運(yùn)行測試諧波分量設(shè)置。
所述動態(tài)有功調(diào)節(jié)器為高壓直流多電平串聯(lián)拓?fù)涞碾妷涸葱蛣討B(tài)有功調(diào)節(jié) 器；優(yōu)選地包括一個整流器、 一個儲能元件和若干個相串聯(lián)的逆變單元，其中 整流器輸入端與降壓變壓器的第三次級繞組連接，儲能元件并聯(lián)在整流器輸出 端，若干個相串聯(lián)的逆變單元連接在儲能元件的輸出端，逆變單元串聯(lián)輸出端 與牽引變壓器的輸入端耦合連接；所述降壓變壓器的第三次級繞組為單繞組結(jié) 構(gòu)。
所述動態(tài)有功調(diào)節(jié)器為公共直流母線多電平并聯(lián)拓?fù)涞碾妷涸葱蛣討B(tài)有功 調(diào)節(jié)器；優(yōu)選地包括一個整流器、 一個儲能元件和若干個相并聯(lián)的逆變單元， 其中整流器輸入端與降壓變壓器的第三次級繞組連接，儲能元件并聯(lián)在整流器 輸出端，若干個相并聯(lián)的逆變單元連接在儲能元件的輸出端，逆變單元的輸出 端與牽引變壓器的輸入端耦合連接；所述降壓變壓器的第三次級繞組為單繞組結(jié)構(gòu)。
所述動態(tài)有功調(diào)節(jié)器為多獨(dú)立功率變換單元直接并聯(lián)拓?fù)涞碾妷涸葱蛣討B(tài) 有功調(diào)節(jié)器；優(yōu)選地包括若干個整流器、若干個儲能元件和若干個逆變單元， 其中整流器輸入端與降壓變壓器的第三次級繞組連接，儲能元件并聯(lián)在整流器 輸出端，逆變單元與儲能元件一一對應(yīng)連接，逆變單元的輸出端與牽引變壓器
的輸入端耦合連接；所述降壓變壓器的第三次級繞組為多繞組結(jié)構(gòu)，每一繞組 分別與 一個整流器對應(yīng)連接。
所述動態(tài)有功調(diào)節(jié)器為多獨(dú)立功率單元輸出串聯(lián)拓?fù)涞碾妷涸葱蛣討B(tài)有功 調(diào)節(jié)器；優(yōu)選地包括若干個整流器、若干個儲能元件和若干個相串聯(lián)的逆變單 元，其中整流器輸入端與降壓變壓器的第三次級繞組連接，儲能元件一一并聯(lián) 在整流器輸出端，逆變單元與儲能元件一一對應(yīng)連接，逆變單元串聯(lián)輸出端與 牽引變壓器的輸入端耦合連接；所述降壓變壓器的第三次級繞組為多繞組結(jié)構(gòu)， 每一繞組分別與一個整流器對應(yīng)連接。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果
1、 有效解決了背景技術(shù)中提及的軌道交通單相供電所存在的三大技術(shù)問 題，與目前國內(nèi)外所研制的同相供電裝置相比，各部分的技術(shù)相對比較成熟， 系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明與公用電網(wǎng)同步(或固定相位輸出)，其輸出可以直接并 聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)，同網(wǎng)同相裝置同時工作；并網(wǎng)后電力裝置所提供功率為牽引功率 的1/3，并網(wǎng)后所有裝置同步運(yùn)行，即使某一供電裝置的動態(tài)有功調(diào)節(jié)器退出運(yùn) 行，相鄰系統(tǒng)通過控制調(diào)節(jié)也可保證電網(wǎng)的三相對稱運(yùn)行，保證牽引供電系統(tǒng) 的穩(wěn)定與可靠性。
2、 動態(tài)的有功調(diào)節(jié)及無功補(bǔ)償，消除了負(fù)序電流大、諧波含量高、功率因 數(shù)低等對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。而動態(tài)有功調(diào)節(jié)器與無功補(bǔ)償器可采用目前成 熟的多電平串聯(lián)拓?fù)浠虿⒙?lián)拓?fù)?，不僅使本裝置容易實(shí)現(xiàn)，并有效降低了裝置 的生產(chǎn)成本。
3、 牽引變壓器的多繞組結(jié)構(gòu)不僅有效的傳遞主牽引電源及有功調(diào)節(jié)器的功 率，并可根據(jù)實(shí)際需求提供一路同相電源、雙路同相(反相位)電源、多路同相電 源，滿足軌道交通接觸網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的要求。


圖1為本發(fā)明單路同相輸出裝置；圖2為本發(fā)明雙路同相(或反相)輸出裝置； 圖3為本發(fā)明多路同相輸出裝置；
圖4為本發(fā)明動態(tài)有功調(diào)節(jié)器、降壓變壓器、牽引變壓器結(jié)構(gòu)示意圖之一; 圖5為本發(fā)明動態(tài)有功調(diào)節(jié)器、降壓變壓器、牽引變壓器結(jié)構(gòu)示意圖之二; 圖6為本發(fā)明動態(tài)有功調(diào)節(jié)器、降壓變壓器、牽引變壓器結(jié)構(gòu)示意圖之三; 圖7為本發(fā)明動態(tài)有功調(diào)節(jié)器、降壓變壓器、牽引變壓器結(jié)構(gòu)示意圖之四； 圖8為本發(fā)明牽引變壓器的多繞組結(jié)構(gòu)形式之一； 圖9為本發(fā)明牽引變壓器的多繞組結(jié)構(gòu)形式之二。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方 式不限于此。 實(shí)施例
如圖1-3所示，本發(fā)明包括降壓變壓器、動態(tài)有功調(diào)節(jié)器、動態(tài)無功補(bǔ)償器、 牽引變壓器、至少一組LC濾波器及至少一組靜態(tài)無功補(bǔ)償器，其中降壓變壓器 的輸出端分別與動態(tài)有功調(diào)節(jié)器的輸入端、牽引變壓器的輸入端連接，動態(tài)有 功調(diào)節(jié)器的輸出端與牽引變壓器的輸入端連接，動態(tài)無功補(bǔ)償器、LC濾波器及 靜態(tài)無功補(bǔ)償器并聯(lián)在牽引變壓器的輸出端。牽引變壓器的輸出端設(shè)有至少一 路輸出電源，每一路輸出電源均并聯(lián)一組LC濾波器及一組靜態(tài)無功補(bǔ)償器。
降壓變壓器與常規(guī)牽引變壓器類似，降壓變壓器的三個初級繞組接高壓電 網(wǎng)，電網(wǎng)電壓可以達(dá)220KV或110KV;三個次級繞組(a,x)、 (b，y)、 (c，z)中，第 一次級繞組(a,x)、第二次級繞組(b，y)組成主牽引電源接入牽引變壓器的輸入端； 第三次級繞組(c，z)作為動態(tài)有功調(diào)節(jié)器的輸入電源，根據(jù)動態(tài)有功調(diào)節(jié)器的拓?fù)?形式可以為單繞組結(jié)構(gòu)或多繞組結(jié)構(gòu)。
動態(tài)有功調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)降壓變壓器輸出電壓的相位與幅值，從而控制第三次 級繞組(c,z)的輸出功率，使降壓變壓器初級繞組的三相輸入電流及功率達(dá)到平 衡。在電路實(shí)現(xiàn)形式上，動態(tài)有功調(diào)節(jié)器可釆用多電平串聯(lián)拓?fù)浠蚨嚯娖讲⒙?lián) 拓?fù)湫问?。在圖4中，動態(tài)有功調(diào)節(jié)器就是采用高壓直流多電平串聯(lián)拓?fù)涞碾?壓源型動態(tài)有功調(diào)節(jié)器，其包括一個整流器、 一個儲能元件和若干個相串聯(lián)的 逆變單元，其中整流器輸入端與降壓變壓器的第三次級繞組(c，z)連接，儲能元件 并聯(lián)在整流器輸出端，若干個相串聯(lián)的逆變單元連接在儲能元件的輸出端，逆 變單元串聯(lián)輸出端與牽引變壓器的輸入端耦合連接；相應(yīng)地，在圖4中降壓變
7壓器的第三次級繞組(c,z)選用單繞組結(jié)構(gòu)。在圖5中，動態(tài)有功調(diào)節(jié)器為采用公 共直流母線多電平并聯(lián)拓?fù)涞碾妷涸葱蛣討B(tài)有功調(diào)節(jié)器，其包括一個整流器、 一個儲能元件和若干個相并聯(lián)的逆變單元，其中整流器輸入端與降壓變壓器的
第三次級繞組(c,z)連接，儲能元件并聯(lián)在整流器輸出端，若干個相并聯(lián)的逆變單
元連接在儲能元件的輸出端，逆變單元的輸出端與牽引變壓器的輸入端耦合連
接；相應(yīng)地，在圖5中降壓變壓器的第三次級繞組(c，z)選用單繞組結(jié)構(gòu)。在圖6 中，動態(tài)有功調(diào)節(jié)器為采用多獨(dú)立功率變換單元直接并聯(lián)拓?fù)涞碾妷涸葱蛣討B(tài) 有功調(diào)節(jié)器，其包括若干個整流器、若干個儲能元件和若干個逆變單元，其中 整流器輸入端與降壓變壓器的第三次級繞組(c,z)連接，儲能元件一一并聯(lián)在整流 器輸出端，逆變單元與儲能元件一一對應(yīng)連接，逆變單元的輸出端與牽引變壓 器的輸入端耦合連接；相應(yīng)地，在圖6中降壓變壓器的第三次級繞組(c，z)選用多 繞組結(jié)構(gòu)，每一繞組分別與一個整流器對應(yīng)連接。在圖7中，動態(tài)有功調(diào)節(jié)器 為采用多獨(dú)立功率單元輸出串聯(lián)拓?fù)涞碾妷涸葱蛣討B(tài)有功調(diào)節(jié)器，其包括若干 個整流器、若干個儲能元件和若干個相串聯(lián)的逆變單元，其中整流器輸入端與 降壓變壓器的第三次級繞組(c,z)連接，儲能元件一一并聯(lián)在整流器輸出端，逆變 單元與儲能元件一一對應(yīng)連接，逆變單元串聯(lián)輸出端與牽引變壓器的輸入端耦 合連接；相應(yīng)地，在圖7中降壓變壓器的第三次級繞組(c,z)選用多繞組結(jié)構(gòu)，每 一繞組分別與一個整流器對應(yīng)連接。
牽引變壓器為多繞組單相變壓器，其結(jié)構(gòu)可為口字型或環(huán)型變壓器，如圖8 和圖9所示。牽引繞組可分為單繞組形式、反相位雙繞組及多繞組繞制方式。 牽引變壓器的輸出端設(shè)有多路輸出電源，根據(jù)接觸網(wǎng)需求，可提供一路同相電 源、雙路同相(反相位)電源、多路同相電源。提供一路同相電源的結(jié)構(gòu)如圖l所 示，提供雙路同相或反相電源的結(jié)構(gòu)如圖2所示，提供多路同相電源的結(jié)構(gòu)如 圖3所示。
LC濾波器與靜態(tài)無功補(bǔ)償器對機(jī)車產(chǎn)生的諧波進(jìn)行抑制、對無功進(jìn)行補(bǔ)償。 動態(tài)無功補(bǔ)償器(SVG)主要是根據(jù)牽引端的無功分量大小，結(jié)合LC濾波器及靜 態(tài)無功補(bǔ)償器進(jìn)行動態(tài)的無功補(bǔ)償及諧波消除，減少網(wǎng)側(cè)無功的吸收，有效降 低對公用電網(wǎng)的影響。
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí) 施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、 替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、軌道電力機(jī)車的牽引同相供電裝置，其特征在于包括設(shè)有第一次級繞組、第二次級繞組、第三次級繞組的降壓變壓器，與降壓變壓器第一次級繞組、第二次級繞組連接的牽引變壓器，連接在降壓變壓器第三次級繞組與牽引變壓器之間的、用于調(diào)節(jié)降壓變壓器輸出電壓相位與幅值的動態(tài)有功調(diào)節(jié)器，以及并聯(lián)在牽引變壓器輸出端的濾波器、無功補(bǔ)償器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌道電力機(jī)車的牽引同相供電裝置，其特征在于-所述濾波器為LC濾波器且設(shè)有至少一組，所述無功補(bǔ)償器包括一組動態(tài)無功補(bǔ) 償器和至少一組靜態(tài)無功補(bǔ)償器；所述牽引變壓器輸出端設(shè)有至少一路輸出電 源，每一路輸出電源均并聯(lián)一組LC濾波器及一組靜態(tài)無功補(bǔ)償器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌道電力機(jī)車的牽引同相供電裝置，其特征在于 所述動態(tài)有功調(diào)節(jié)器為高壓直流多電平串聯(lián)拓?fù)涞碾妷涸葱蛣討B(tài)有功調(diào)節(jié)器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的軌道電力機(jī)車的牽引同相供電裝置，其特征在于所述動態(tài)有功調(diào)節(jié)器包括一個整流器、 一個儲能元件和若干個相串聯(lián)的逆變單 元，其中整流器輸入端與降壓變壓器的第三次級繞組連接，儲能元件并聯(lián)在整 流器輸出端，若干個相串聯(lián)的逆變單元連接在儲能元件的輸出端，逆變單元串聯(lián)輸出端與牽引變壓器的輸入端耦合連接；所述降壓變壓器的第三次級繞組為 單繞組結(jié)構(gòu)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌道電力機(jī)車的牽引同相供電裝置，其特征在于所述動態(tài)有功調(diào)節(jié)器為公共直流母線并聯(lián)拓?fù)涞碾妷涸葱蛣討B(tài)有功調(diào)節(jié)器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的軌道電力機(jī)車的牽引同相供電裝置，其特征在于所述動態(tài)有功調(diào)節(jié)器包括一個整流器、 一個儲能元件和若干個相并聯(lián)的逆變單 元，其中整流器輸入端與降壓變壓器的第三次級繞組連接，儲能元件并聯(lián)在整 流器輸出端，若干個相并聯(lián)的逆變單元連接在儲能元件的輸出端，逆變單元的輸出端與牽引變壓器的輸入端耦合連接；所述降壓變壓器的第三次級繞組為單 繞組結(jié)構(gòu)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的軌道電力機(jī)車的牽引同相供電裝置，其特征在于所述動態(tài)有功調(diào)節(jié)器為多獨(dú)立功率變換單元直接并聯(lián)拓?fù)涞碾妷涸葱蛣討B(tài)有功 調(diào)節(jié)器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的軌道電力機(jī)車的牽引同相供電裝置，其特征在于所述動態(tài)有功調(diào)節(jié)器包括若干個整流器、若干個儲能元件和若干個逆變單元，其中整流器輸入端與降壓變壓器的第三次級繞組連接，儲能元件并聯(lián)在整流器 輸出端，逆變單元與儲能元件一一對應(yīng)連接，逆變單元的輸出端與牽引變壓器的輸入端耦合連接；所述降壓變壓器的第三次級繞組為多繞組結(jié)構(gòu)，每一繞組 分別與 一個整流器對應(yīng)連接。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的軌道電力機(jī)車的牽引同相供電裝置，其特征在于:所述動態(tài)有功調(diào)節(jié)器為多獨(dú)立功率單元輸出串聯(lián)拓?fù)涞碾妷涸葱蛣討B(tài)有功調(diào)節(jié) 器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的軌道電力機(jī)車的牽引同相供電裝置，其特征在于所述動態(tài)有功調(diào)節(jié)器包括若干個整流器、若干個儲能元件和若干個相串聯(lián)的逆 變單元，其中整流器輸入端與降壓變壓器的第三次級繞組連接，儲能元件一一并聯(lián)在整流器輸出端，逆變單元與儲能元件一一對應(yīng)連接，逆變單元串聯(lián)輸出端與牽引變壓器的輸入端耦合連接；所述降壓變壓器的第三次級繞組為多繞組結(jié)構(gòu)，每一繞組分別與一個整流器對應(yīng)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及軌道電力機(jī)車的牽引同相供電裝置，包括設(shè)有第一次級繞組、第二次級繞組、第三次級繞組的降壓變壓器，與降壓變壓器第一次級繞組、第二次級繞組連接的牽引變壓器，連接在降壓變壓器第三次級繞組與牽引變壓器之間的、用于調(diào)節(jié)降壓變壓器輸出電壓相位與幅值的動態(tài)有功調(diào)節(jié)器，以及并聯(lián)在牽引變壓器輸出端的濾波器、無功補(bǔ)償器。本發(fā)明基于動態(tài)有功調(diào)節(jié)、無功補(bǔ)償，可實(shí)現(xiàn)電氣化鐵路接觸網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，擴(kuò)大供電電源容量，使得機(jī)車供電電壓穩(wěn)定；動態(tài)有功調(diào)節(jié)及無功補(bǔ)償消除了對電網(wǎng)的影響，無論對改造還是新建都是較佳的選擇方案。
文檔編號H02J3/00GK101662146SQ200910041299
公開日2010年3月3日 申請日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者楊忠民 申請人:廣州智光電氣股份有限公司