一種基于同相供電技術(shù)的補(bǔ)償變流器系統(tǒng)及工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于軌道交通電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于同相供電技術(shù)的補(bǔ)償變流器系統(tǒng)及工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]
電氣化鐵路的電能是由電力牽引供電系統(tǒng)提供的。電力牽引供電系統(tǒng)包括牽引變電所和牽引網(wǎng)。牽引變電所將220kV高壓電降壓為27.5kV或55kV后，通過牽引網(wǎng)向電力機(jī)車供電。采用同相供電的方式，可以避免換相供電造成的電分相環(huán)節(jié)，降低故障率，進(jìn)一步提高電力機(jī)車速度。
[0003]為了解決上述問題，中國(guó)專利CN101856979B提出了一種基于同相供電技術(shù)的補(bǔ)償變流器裝置，該裝置由多個(gè)交直交功率單元并聯(lián)，每個(gè)功率單元兩側(cè)接升壓變壓器副邊，兩變壓器原邊分別接牽引網(wǎng)。
[0004]該同相供電變流器裝置存在以下問題:
1.多了額外的變壓器，成本較高。
[0005]2.因?yàn)樵撗b置與牽引變壓器在容量上相互捆綁，當(dāng)該裝置退出時(shí)影響正常供電與行車。
[0006]3.裝置容量大，成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]基于上述技術(shù)缺陷，我方提出了一種基于同相供電技術(shù)的補(bǔ)償變流器系統(tǒng)及工作方法，該系統(tǒng)降低了制造成本，解決了同相供電變流器因合通、分?jǐn)喔邏浩陂g產(chǎn)生的操作過電壓及涌流，有效降低了器件的損壞率。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明技術(shù)方案如下:
所述系統(tǒng)包括牽引匹配變壓器、同相供電補(bǔ)償變流器以及控制系統(tǒng)，牽引匹配變壓器包括一個(gè)充電繞組和至少一個(gè)副邊繞組，同相供電補(bǔ)償變流器包括至少一個(gè)功率單元，且功率單元與牽引匹配變壓器副邊繞組數(shù)量相同，功率單元包括輸出并聯(lián)側(cè)逆變電路、輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路及位于輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路與輸出并聯(lián)側(cè)逆變電路之間的直流母線電容，牽引匹配變壓器原邊通過開關(guān)A與額定交流電源A相連，每一牽引匹配變壓器副邊繞組與每一功率單元的輸出并聯(lián)側(cè)逆變電路對(duì)應(yīng)相連，同相供電補(bǔ)償變流器功率單元的輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路通過開關(guān)B與額定交流電源B相連，充電繞組包括開關(guān)C和充電電阻，且與額定交流電源C相連，所述控制系統(tǒng)用于接收上位機(jī)信號(hào)指令、控制各開關(guān)的斷開與閉合。
[0009]進(jìn)一步的，所述輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路與輸出并聯(lián)側(cè)逆變電路均采用單相全橋逆變電路結(jié)構(gòu)。
[0010]進(jìn)一步的，多個(gè)功率單元的輸出并聯(lián)側(cè)逆變電路與對(duì)應(yīng)的牽引匹配變壓器副邊繞組相連，構(gòu)成多重并聯(lián)的同相供電補(bǔ)償變流器并聯(lián)側(cè)；多個(gè)功率單元的輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路依次串接后構(gòu)成多個(gè)級(jí)聯(lián)的同相供電補(bǔ)償變流器串聯(lián)側(cè)。
[0011]進(jìn)一步的，每個(gè)牽弓I匹配變壓器副邊繞組內(nèi)設(shè)計(jì)有電感值。
[0012]進(jìn)一步的，同相供電補(bǔ)償變流器功率單元的輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路通過電抗器連接開關(guān)B。
[0013]進(jìn)一步的，所述控制系統(tǒng)包括主控板、PLC、觸摸屏以及控制電源；所述主控板、PLC及觸摸屏相互連接，所述控制電源用于控制系統(tǒng)的電源供給。
[0014]進(jìn)一步的，當(dāng)功率單元數(shù)量為N，N多3且為3的整數(shù)倍時(shí)，所述控制系統(tǒng)內(nèi)部共引出N/3*2對(duì)光纖，N/3對(duì)光纖連接功率單元輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路，N/3對(duì)光纖連接功率單元輸出并聯(lián)側(cè)逆變電路，每對(duì)光纖串行連接3個(gè)同相功率單元。
[0015]—種基于同相供電技術(shù)的補(bǔ)償變流器系統(tǒng)的工作方法，
a)控制系統(tǒng)收到信號(hào)指令后，閉合開關(guān)C，額定交流電源C通過牽引匹配變壓器充電繞組為同相供電補(bǔ)償變流器的每個(gè)功率單元的直流母線電容充電；
b)直流母線電容充滿后，斷開開關(guān)C，同時(shí)閉合開關(guān)A和開關(guān)B;
c)功率單元的輸出并聯(lián)側(cè)逆變電路開始進(jìn)行并網(wǎng)穩(wěn)壓；
d)當(dāng)母線電壓穩(wěn)定在額定直流電壓后，功率單元的輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路進(jìn)行并網(wǎng)工作；
e)補(bǔ)償變流器系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)指令，輸出用戶需要的有功功率、無(wú)功功率和諧波功率。
[0016]信號(hào)指令包括模擬量信號(hào)，硬接點(diǎn)信號(hào)，通訊信號(hào)等。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
I)軟充電方式優(yōu)勢(shì):
解決了同相供電補(bǔ)償變流器因合通、分?jǐn)喔邏浩陂g產(chǎn)生的操作過電壓及涌流，有效降低了器件的損壞率。
[0018]充電直接采用牽引匹配變壓器副邊繞組充電，減少器件，減少故障點(diǎn)。
[0019]2)電抗值做在變壓器內(nèi)優(yōu)勢(shì):
節(jié)約了功率單元空間，功率單元結(jié)構(gòu)更緊湊。減少了器件數(shù)量，提高了裝置可靠性。
[0020]3)串聯(lián)通訊技術(shù)優(yōu)勢(shì):
光纖數(shù)量減少三分之二，避免采用板卡插接方式，大大提高可靠性。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的同相供電補(bǔ)償變流器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的同相供電補(bǔ)償變流器通訊連接方式。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種基于同相供電技術(shù)的補(bǔ)償變流器系統(tǒng)進(jìn)一步描述。
[0024]如圖1所示，TRl為牽引匹配變壓器，5MVA，55kV/15*660V/380V。牽引匹配變壓器原邊額定電壓55kV，牽引匹配變壓器副邊15組額定電壓660V繞組和一組額定電壓380V充電繞組。
[0025]同相供電補(bǔ)償變流器由15個(gè)相同的功率單元組成，每個(gè)功率單元為交直交結(jié)構(gòu)，即由輸出并聯(lián)側(cè)逆變電路、輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路及位于輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路與輸出并聯(lián)側(cè)逆變電路之間的直流母線電容構(gòu)成，多個(gè)輸出并聯(lián)側(cè)逆變電路與牽引匹配變壓器副邊相連，構(gòu)成多重并聯(lián)的同相供電補(bǔ)償變流器并聯(lián)側(cè)；多個(gè)功率單元的輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路依次串接后構(gòu)成多個(gè)級(jí)聯(lián)的同相供電補(bǔ)償變流器串聯(lián)側(cè)，并連接到電感LI和L2。
[0026]為了節(jié)約體積和成本，圖中功率單元并聯(lián)側(cè)電抗器的電感值設(shè)計(jì)在牽引匹配變壓器副邊，故實(shí)際中取消了電抗器。
[0027]補(bǔ)償變流器系統(tǒng)的工作原理:
控制系統(tǒng)收到啟動(dòng)命令后，控制系統(tǒng)中PLC控制相應(yīng)的繼電器合上QF2開關(guān)，380V電源通過充電電阻、牽引匹配變壓器為每個(gè)功率單元的直流母線電容充電；控制系統(tǒng)通過檢查每個(gè)功率單元的直流母線電壓，待直流母線電容達(dá)到設(shè)定值后，PLC控制繼電器斷開QF2開關(guān)，同時(shí)控制相應(yīng)的繼電器合上QFl和KMl開關(guān)；控制系統(tǒng)檢查QFl和KMl的開關(guān)位置信號(hào)，確認(rèn)開關(guān)都合上以后，控制同相供電補(bǔ)償變流器功率單元并聯(lián)側(cè)逆變電路開始并網(wǎng)穩(wěn)壓工作，待檢測(cè)母線電壓穩(wěn)定在額定母線電壓后，控制系統(tǒng)控制功率單元串聯(lián)側(cè)逆變電路進(jìn)行并網(wǎng)工作，并網(wǎng)成功后，系統(tǒng)根據(jù)給定指令，輸出用戶需要的有功功率、無(wú)功功率和諧波功率。
[0028]補(bǔ)償變流器系統(tǒng)的控制系統(tǒng)是通過光纖通訊方式控制功率單元工作，控制系統(tǒng)與功率單元的通訊方式如下:
如圖2所示，主控板一共10對(duì)光纖，其中5對(duì)光纖連接同相供電補(bǔ)償變流器功率單元串聯(lián)側(cè)，另外5對(duì)連接同相供電補(bǔ)償變流器并聯(lián)側(cè)，每對(duì)光纖串行連接3個(gè)功率單元；控制系統(tǒng)將串行數(shù)據(jù)首先發(fā)送到串聯(lián)的第一個(gè)功率單元，該功率單元提取本單元的PWM數(shù)據(jù)，并將本功率單元的狀態(tài)附上發(fā)送到第二個(gè)串聯(lián)功率單元，第二個(gè)串聯(lián)功率單元提取本單元PWM數(shù)據(jù)后，將本單元狀態(tài)附上發(fā)送到第三個(gè)串聯(lián)功率單元，第三個(gè)功率串聯(lián)單元提取本單元PWM數(shù)據(jù)后，附上本單元狀態(tài)再將數(shù)據(jù)回送給主控板。
[0029]對(duì)于【具體實(shí)施方式】的理解的描述僅僅是為幫助理解本發(fā)明，而不是用來(lái)限制本發(fā)明的。本領(lǐng)域技術(shù)人員均可以利用本發(fā)明的思想進(jìn)行一些改動(dòng)和變化，只要其技術(shù)手段沒有脫離本發(fā)明的思想和要點(diǎn)，仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于同相供電技術(shù)的補(bǔ)償變流器系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括牽引匹配變壓器、同相供電補(bǔ)償變流器以及控制系統(tǒng)，牽引匹配變壓器包括一個(gè)充電繞組和至少一個(gè)副邊繞組，同相供電補(bǔ)償變流器包括至少一個(gè)功率單元，且功率單元與牽引匹配變壓器副邊繞組數(shù)量相同，功率單元包括輸出并聯(lián)側(cè)逆變電路、輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路及位于輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路與輸出并聯(lián)側(cè)逆變電路之間的直流母線電容，牽引匹配變壓器原邊通過開關(guān)A與額定交流電源A相連，每一牽引匹配變壓器副邊繞組與每一功率單元的輸出并聯(lián)側(cè)逆變電路對(duì)應(yīng)相連，同相供電補(bǔ)償變流器功率單元的輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路通過開關(guān)B與額定交流電源B相連，充電繞組包括開關(guān)C和充電電阻，且與額定交流電源C相連，所述控制系統(tǒng)用于接收信號(hào)指令、控制各開關(guān)的斷開與閉合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于同相供電技術(shù)的補(bǔ)償變流器系統(tǒng)，其特征在于:所述輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路與輸出并聯(lián)側(cè)逆變電路均采用單相全橋逆變電路結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于同相供電技術(shù)的補(bǔ)償變流器系統(tǒng)，其特征在于:多個(gè)功率單元的輸出并聯(lián)側(cè)逆變電路與對(duì)應(yīng)的牽引匹配變壓器副邊繞組相連，構(gòu)成多重并聯(lián)的同相供電補(bǔ)償變流器并聯(lián)側(cè)；多個(gè)功率單元的輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路依次串接后構(gòu)成多個(gè)級(jí)聯(lián)的同相供電補(bǔ)償變流器串聯(lián)側(cè)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于同相供電技術(shù)的補(bǔ)償變流器系統(tǒng)，其特征在于??每個(gè)牽弓I匹配變壓器副邊繞組內(nèi)設(shè)計(jì)有電感值。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于同相供電技術(shù)的補(bǔ)償變流器系統(tǒng)，其特征在于:同相供電補(bǔ)償變流器功率單元的輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路通過電抗器連接開關(guān)B。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于同相供電技術(shù)的補(bǔ)償變流器系統(tǒng)，其特征在于:所述控制系統(tǒng)包括主控板、PLC、觸摸屏以及控制電源；所述主控板、PLC及觸摸屏相互連接，所述控制電源用于控制系統(tǒng)的電源供給。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于同相供電技術(shù)的補(bǔ)償變流器系統(tǒng)，其特征在于:當(dāng)功率單元數(shù)量為N，N多3且為3的整數(shù)倍時(shí)，所述控制系統(tǒng)內(nèi)部共引出N/3*2對(duì)光纖，N/3對(duì)光纖連接功率單元輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路，N/3對(duì)光纖連接功率單元輸出并聯(lián)側(cè)逆變電路，每對(duì)光纖串行連接3個(gè)同相功率單元。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于同相供電技術(shù)的補(bǔ)償變流器系統(tǒng)的工作方法，其特征在于: a)控制系統(tǒng)收到信號(hào)指令后，閉合開關(guān)C，額定交流電源C通過牽引匹配變壓器充電繞組為同相供電補(bǔ)償變流器的每個(gè)功率單元的直流母線電容充電； b)直流母線電容充滿后，斷開開關(guān)C，同時(shí)閉合開關(guān)A和開關(guān)B; c)功率單元的輸出并聯(lián)側(cè)逆變電路開始進(jìn)行并網(wǎng)穩(wěn)壓； d)當(dāng)母線電壓穩(wěn)定在額定直流電壓后，功率單元的輸入串聯(lián)側(cè)逆變電路進(jìn)行并網(wǎng)工作； e)補(bǔ)償變流器系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)指令，輸出用戶需要的有功功率、無(wú)功功率和諧波功率。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于同相供電技術(shù)的補(bǔ)償變流器系統(tǒng)及工作方法，所述系統(tǒng)包括牽引匹配變壓器、同相供電補(bǔ)償變流器以及控制系統(tǒng)，本發(fā)明降低了制造成本，解決了同相供電變流器因合通、分?jǐn)喔邏浩陂g產(chǎn)生的操作過電壓及涌流，有效降低了器件的損壞率；充電直接采用牽引匹配變壓器副邊繞組充電，減少器件，減少故障點(diǎn)；節(jié)約了功率單元空間，功率單元結(jié)構(gòu)更緊湊。減少了器件數(shù)量，提高了裝置可靠性。
【IPC分類】H02M5/42, B60M3/00
【公開號(hào)】CN105186886
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510704055
【發(fā)明人】唐斌, 馬勁松, 賴成毅, 張黎, 常瑞, 彭良平, 張川, 張峻
【申請(qǐng)人】東方日立(成都)電控設(shè)備有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年10月27日