具有功率融通功能的电气化铁路辅助供电系统及控制方法技术方案

技术编号:20519588 阅读:31 留言:0更新日期:2019-03-06 03:34
本发明专利技术公开一种具有功率融通功能的电气化铁路辅助供电系统及控制方法,该系统包括相互连接的功率融通模块以及电源转换模块,功率融通模块包括两个多绕组降压变压器以及分别连接在两个多绕组变压器之间的多重变流器支路,各重变流器支路分别通过两个多绕组降压变压器接入两供电臂的电压进行变换以实现功率融通,各重变流器支路均具有中间直流环节,通过各中间直流环节与电源转换模块连接以将输出的直流电转换为三相交流电输出;该控制方法为上述辅助供电系统的控制方法。本发明专利技术具有结构简单、成本低、能够实现功率融通功能,提供电能质量好、利用率高的三相辅助供电等优点。

【技术实现步骤摘要】
具有功率融通功能的电气化铁路辅助供电系统及控制方法
本专利技术涉及电气化铁路供电
,尤其涉及一种具有功率融通功能的电气化铁路辅助供电系统及控制方法。
技术介绍
辅助供电系统即是为照明、生产、信号等辅助供电的三相交流供电系统,而牵引供电系统为27.5kV单相供电系统,无法直接应用于三相辅助供电,为解决沿线辅助供电系统的用电问题,目前通常是设置单相27.5kV转三相的转换装置,以将牵引供电系统的27.5kV单相电转为三相交流电,但是牵引供电系统不同于一般工业用户,具有单相负荷的特殊性,存在功率因数低、电压波动大、谐波含量复杂、负序影响严重等系列电能质量问题,则直接通过单相27.5kV转三相的转换装置提供三相辅助供电还存在多种电能质量问题。目前对于牵引供电系统的供电质量问题,通常是直接在牵引供电系统中加装静止型动态无功补偿装置(SVC)、静止型动态无功发生器(SVG),而SVC或SVG仅能对实现无功功率补偿或部分谐波滤除,而当两供电臂的一个供电臂为重载,而另一个供电臂为轻载或空载时,两供电臂之间无法实现功能融通,牵引变压器的利用率低。有从业者提出使用功率单元级联方式实现电能质量治理,但是辅助供电系统的电压等级较高,需要级联大量的功率单元模块,所需的成本高,且若任意一个功率单元模块发生故障,成套装置都无法运行,装置可靠性差。中国专利申请CN103457261A提供一种电气化铁路牵引供电网电能质量综合治理装置,通过采用变流器模块级联实现无功及谐波治理,但该装置是采用单边输出,无法实现有功输出及功率转移,因而当两供电臂的一个供电臂为重载,而另一个供电臂为轻载或空载时,牵引变压器的利用率低,且仅能实现单一的无功及谐波治理问题,无法提供三相辅助供电。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题,本专利技术提供一种结构简单、成本低、能够提供电能质量好且利用率高的三相辅助供电的具有功率融通功能的电气化铁路辅助供电系统及控制方法。为解决上述技术问题,本专利技术提出的技术方案为:一种具有功率融通功能的电气化铁路辅助供电系统,包括相互连接的功率融通模块以及电源转换模块,所述功率融通模块包括两个多绕组降压变压器以及分别连接在两个所述多绕组变压器之间的多重变流器支路,各重所述变流器支路分别通过两个所述多绕组降压变压器接入两供电臂的电压进行变换以实现功率融通,各重所述变流器支路均具有中间直流环节,通过各所述中间直流环节与所述电源转换模块连接以将输出的直流电转换为三相交流电输出。作为本专利技术系统的进一步改进:每重所述变流器支路包括相互连接的用于将输入交流电转换为直流电的AC-DC转换单元以及用于将输入直流电转换为交流电的DC-AC转换单元,所述电源转换模块的输入端连接在所述AC-DC转换单元、DC-AC转换单元之间的中间直流环节。作为本专利技术系统的进一步改进:所述AC-DC转换单元、DC-AC转换单元均采用基于全控器件的功率单元。作为本专利技术系统的进一步改进:所述AC-DC转换单元、DC-AC转换单元均设置有用于控制接入、断开的控制开关。作为本专利技术系统的进一步改进:所述中间直流环节中设置有用于存储能量的储能单元。作为本专利技术系统的进一步改进:所述储能单元为储能电容。作为本专利技术系统的进一步改进:所述电源转换模块包括多个用于将输入直流电转换为交流电的逆变单元,每个所述逆变单元的输入端分别对应连接一重所述变流器支路,各个所述逆变单元的输出端相互连接。作为本专利技术系统的进一步改进:每个所述逆变单元的输出端还设置有LCL滤波器以滤除谐波。作为本专利技术系统的进一步改进:每个所述逆变单元的输出端设置有输出控制开关,以控制接入、断开对应的所述逆变单元。本专利技术进一步提供利用上述具有功率融通功能的电气化铁路辅助供电系统的控制方法,步骤包括:S1.实时采集供电网母线的电压、电流信号,并分别计算出两供电臂的有功功率,根据计算出的有功功率控制各重所述变流器支路的输出电压以将能量在两供电臂之间进行转移,使得两供电臂之间实现有功功率融通;S2.实时采集所述电源转换模块输出的电压信号以及每条所述逆变单元输出的电流信号,根据采集到的电压信号、电流信号控制各条所述逆变单元的输出电压,以将各重所述变流器支路的中间直流环节输出的单相直流电转换为所需的三相交流电输出。作为本专利技术控制方法的进一步改进:所述步骤S1中还包括根据采集到的母线的电压、电流信号,控制各重所述变流器支路中所述AC-DC转换单元、DC-AC转换单元的输出电压以进行电能的无功补偿、谐波治理步骤。作为本专利技术控制方法的进一步改进,还包括制动能量回馈控制方法,具体步骤为:当机车处于制动工况时,控制将机车再生制动能量经过所述功率融通模块转移到另一供电臂,或经过所述功率融通模块存储至所述中间直流环节中用于存储能量的储能单元,或依次经过所述功率融通模块、电源转换模块后提供辅助供电电源。作为本专利技术控制方法的进一步改进:还包括故障监测控制方法,具体步骤为:实时监测所述功率融通模块的各重所述变流器支路中所述AC-DC转换单元、DC-AC转换单元以及所述电源转换模块中每条所述逆变单元的故障状态,当监测到存在发生故障的单元时,控制断开对应单元的控制开关以进行切断。与现有技术相比,本专利技术的优点在于:1)本专利技术采用双边输出方式,通过控制各重变流器支路的输出即可进行两供电臂之间的有功输出及功率转移,从而实现功率融通功能,提高电能质量及牵引变压器的利用率,同时各重变流器支路均具有中间直流环节,且各重变流器支路的中间直流环节与电源转换模块连接,使得通过各重变流器支路的中间直流电输出经过电源转换模块转换为三相交流电,可以实现牵引单相供电系统与三相辅助供电系统融合,解决牵引供电系统辅助供电的问题,且能够提高三相辅助供电的电能质量;2)本专利技术采用多重化并联结构的变流器,能够极大的提高装置的容量,同时每重变流器之间相互独立,当存在变流器发生故障时,不会影响系统的正常工作,冗余度高且可靠性好;3)本专利技术每重变流器支路通过设置AC-DC转换单元、DC-AC转换单元,由于功率单元直流侧并联,可控制和稳定直流环电压,从而实现两臂有功功率转移,且AC-DC与DC-AC两侧可等效于两个独立的级联型无功发生器,从而可实现两供电臂的无功补偿、谐波治理等电能质量治理,同时由于在直流侧引入DC-DC-AC变换过程,结合该变换过程可便于实现单相至三相交流电的转换,从而能够针对牵引网的电能质量问题进行全面治理、实现两供电臂之间的能量流通,提高牵引变压器的容量利用率,集中解决了牵引供电系统的容量利用以及电能质量及辅助供电系统问题;4)本专利技术进一步在中间直流环节中设置有用于存储能量的储能单元,通过储能单元可以将牵引供电系统中机车的再生制动能量储存起来以进行回收利用,能够节约能源,同时提高电能的利用率;5)本专利技术通过使电源转换模块的DC侧与功率融通模块的DC侧并联,同时电源转换模块由多重DC-AC逆变器并联构成,由多重DC-AC逆变器并联输出,可有效提高三相辅助供电的供电容量及冗余度。附图说明图1是本实施例具有功率融通功能的电气化铁路辅助供电系统的结构原理示意图。图2是本实施例电气化铁路辅助供电系统中功率融通模块的具体结构示意图。图3是本实施例电气化铁路辅助本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种具有功率融通功能的电气化铁路辅助供电系统,其特征在于包括相互连接的功率融通模块(1)以及电源转换模块(2),所述功率融通模块(1)包括两个多绕组降压变压器(11)以及分别连接在两个所述多绕组变压器之间的多重变流器支路(12),各重所述变流器支路(12)分别通过两个所述多绕组降压变压器(11)接入两供电臂的电压进行变换以实现功率融通,各重所述变流器支路(12)均具有中间直流环节,通过各所述中间直流环节与所述电源转换模块(2)连接以将输出的直流电转换为三相交流电输出。

【技术特征摘要】
1.一种具有功率融通功能的电气化铁路辅助供电系统,其特征在于包括相互连接的功率融通模块(1)以及电源转换模块(2),所述功率融通模块(1)包括两个多绕组降压变压器(11)以及分别连接在两个所述多绕组变压器之间的多重变流器支路(12),各重所述变流器支路(12)分别通过两个所述多绕组降压变压器(11)接入两供电臂的电压进行变换以实现功率融通,各重所述变流器支路(12)均具有中间直流环节,通过各所述中间直流环节与所述电源转换模块(2)连接以将输出的直流电转换为三相交流电输出。2.根据权利要求1所述的具有功率融通功能的电气化铁路辅助供电系统,其特征在于:每重所述变流器支路(12)包括相互连接的用于将输入交流电转换为直流电的AC-DC转换单元(121)以及用于将输入直流电转换为交流电的DC-AC转换单元(122),所述电源转换模块(2)的输入端连接在所述AC-DC转换单元(121)、DC-AC转换单元(122)之间的中间直流环节。3.根据权利要求2所述的具有功率融通功能的电气化铁路辅助供电系统,其特征在于:所述AC-DC转换单元(121)、DC-AC转换单元(122)均采用基于全控器件的功率单元。4.根据权利要求3所述的具有功率融通功能的电气化铁路辅助供电系统,其特征在于:所述AC-DC转换单元(121)、DC-AC转换单元(122)设置有用于控制接入、断开的控制开关。5.根据权利要求1~4中任意一项所述的具有功率融通功能的电气化铁路辅助供电系统,其特征在于:所述中间直流环节中设置有用于存储能量的储能单元(123)。6.根据权利要求5所述的具有功率融通功能的电气化铁路辅助供电系统,其特征在于:所述储能单元(123)为储能电容。7.根据权利要求1~4中任意一项所述的具有功率融通功能的电气化铁路辅助供电系统,其特征在于:所述电源转换模块(2)包括多个用于将输入直流电转换为交流电的逆变单元(21),每个所述逆变单元(21)的输入端分别对应连接一重所述变流器支路(12),各个所述逆变单元(21)的输出端相互连接。8.根据权利要求7所述的具有功率融通功能的电...

【专利技术属性】
技术研发人员:何多昌邱文俊刘斐吕顺凯胡家喜王婷周方圆龙礼兰刘猛李幼保文韬杨晓宇胡前仇乐兵
申请(专利权)人:株洲变流技术国家工程研究中心有限公司
类型:发明
国别省市:湖南,43

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