牵引变电单元及牵引供电系统技术方案

本发明专利技术提供一种牵引变电单元，牵引变电单元经由直流母线与供电单元连接，并将供电单元输出至直流母线的电能变换后供给至牵引电机绕组段，第一逆变器和第二逆变器分别经由第一输入开关和第二输入开关连接至直流母线，第一逆变器和第二逆变器分别经由第一输出开关和第二输出开关连接至牵引电机绕组段的第一供电端和第二供电端，并且第一供电端被供给的电流与第二供电端被供给的电流能够具有相位差，以使得牵引电机绕组段中产生交变电流。本发明专利技术还提供采用上述牵引变电单元的牵引供电系统。通过改变长定子直线电机的供电拓扑结构，降低对变流器设计要求以及牵引控制系统性能指标，从而实现长定子直线同步电机更多应用场景拓展。

Traction substation unit and traction power supply system

【技术实现步骤摘要】
牵引变电单元及牵引供电系统
本专利技术涉及轨道交通领域，特别涉及磁浮列车的牵引供电系统。
技术介绍
直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机能，且不需要中间转换机构的传动装置。长定子直线电机具有推力密度大、效率高和结构简单等优点，在直线加速领域得到越来越广泛的关注。在轨道交通运输领域内，用于给列车提供推进力的长定子直线电机的定子铁芯和绕组沿轨道分成多个定子段。相应地，将两个牵引变电所间的牵引区域划分为与定子段对应的供电区，因此牵引控制系统每次驱动的是一个较小的电动机，以减少线路损耗。具体地，牵引控制系统根据磁浮车辆运行速度、运营间隔等等条件，开通或关断特定定子开关柜中的真空接触器，用于使得长定子直线电机定子绕组被提供幅值和频率都可变的电源，该电源在长定子绕组中产生行波磁场，与电磁铁产生的励磁磁场相互作用，从而牵引列车行进，提供车辆运行必要的动力。传统的长定子直线电机馈电电路如图1和图2所示：一个牵引分区内的两个牵引变电所并联供电，能量经过牵引变电所整流、逆变，由输出变压器输出至两条交流母线上，通过控制定子开关站的闭合来实现长定子直线电机的分段供电。传统的馈电方式存在至少两方面的问题：1)线路损失较大，且随着馈电电缆的长度增加，馈电能量损失增大，馈电效率降低；2)这种馈电方式将能量集中在牵引变电所，通过一系列整流、逆变、升压等方式，经过馈电母线向定子段供电，对于变流系统、控制系统、定子开关等主要设备的性能要求相对较高，对供电段切换时间、牵引同步控制实时性、变流器并联输出同步性等系统指标提出了较高要求。对于运行速度较低的城郊、城际线路来说，经济效益、社会效益较低。3)一个牵引分区内只能允许一列车运行的控制特点，严重影响运输效率。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是：通过改变长定子直线电机的供电拓扑结构，降低变流器设计要求以及牵引控制系统性能指标，从而实现长定子直线同步电机更多应用场景拓展。本专利技术第一方面提供一种牵引变电单元，牵引变电单元经由直流母线与供电单元连接，并将供电单元输出至直流母线的电能变换后供给至牵引电机绕组段，牵引变电单元包括：第一输入开关、第一逆变器和第一输出开关；以及第二输入开关、第二逆变器和第二输出开关；并且第一逆变器和第二逆变器分别经由第一输入开关和第二输入开关连接至直流母线，第一逆变器和第二逆变器分别经由第一输出开关和第二输出开关连接至牵引电机绕组段的第一供电端和第二供电端，并且第一供电端被供给的电流与第二供电端被供给的电流能够具有相位差，以使得牵引电机绕组段中产生交变电流。优选地，第一输入开关经由第一谐波治理装置连接至第一逆变器；和/或第二输入开关经由第二谐波治理装置连接至第二逆变器。本专利技术第二方面提供一种磁浮列车的牵引供电系统，用于向磁浮列车的牵引电机供电，牵引电机具有N个牵引电机绕组段，其中N为正整数；磁浮列车牵引供电系统包括：供电单元，供电单元用于向直流母线输出电能；N个牵引变电单元，其中每一个牵引变电单元经由直流母线与供电单元连接，并将供电单元输出至直流母线的电能变换后供给至对应的牵引电机绕组段；牵引变电单元包括：第一输入开关、第一逆变器和第一输出开关；以及第二输入开关、第二逆变器、第二输出开关；并且第一逆变器和第二逆变器分别经由第一输入开关和第二输入开关连接至直流母线，并且第一逆变器和第二逆变器分别经由第一输出开关和第二输出开关连接至牵引电机绕组段的第一供电端和第二供电端，并且第一供电端被供给的电流与第二供电端被供给的电流能够具有相位差，以使得牵引电机绕组段中产生交变电流。优选地，第一输入开关经由第一谐波治理装置连接至第一逆变器；和/或第二输入开关经由第二谐波治理装置连接至第二逆变器。本专利技术的一种新型的长定子直线电机的馈电方式的优点如下：1)采用直流母线供电，取消整流环节，牵引供电系统结构更简单；2)相应地，由于取消了整流环节，降低了变流器的设计要求，能够采用小型变流器分散供电。使得在不提升变流器容量时，满足更丰富的运营场景成为可能。同时，工程化实施阶段可以快速实现批量生产该小型变流器。3)可以完全按照定子段划分运行分区，大大降低列车的追踪间隔，绝对提升运输能力。附图说明本专利技术的以上
技术实现思路
以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的专利技术的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。图1示出现有技术中采用的牵引变电柜，该牵引变电柜用于将供电单元输出的电能变换后供给至牵引电机绕组段。图2示出现有技术中的长定子直线电机的供电拓扑结构的示意图。图3示出本专利技术第一方面的牵引变电单元的示意图。图4示出本专利技术第二方面的牵引供电系统的示意图。具体实施方式以下在具体实施方式中详细叙述本专利技术的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本专利技术的
技术实现思路
并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本专利技术相关的目的及优点。本专利技术通过改变长定子直线电机的供电拓扑结构，降低变流器设计要求以及牵引控制系统性能指标，从而实现长定子直线同步电机更多应用场景拓展。同时，在保证安全可靠的前提下，实现最小的列车追踪。图1和图2示出现有技术中的长定子直线电机的供电拓扑结构的示意图。其中牵引变电所A与牵引变电所B均包括两个变流器模块TCM，每个变流器模块至少包括输入变压器、整流器、逆变器和输出变压器。经过输出变压器输出交流电压至交流母线，而后通过控制与每一定子段对应的定子开关站来实现长定子直线电机的分段供电。图3示出本专利技术第一方面的牵引变电单元TX的示意图，其中牵引变电单元TX经由直流母线DL与供电单元PS连接，并将供电单元PS输出至直流母线DL的电能变换后供给至牵引电机绕组段LS。用于给列车提供推进力的长定子直线电机的定子铁芯和绕组沿轨道分成多个定子段，每个长定子直线电机的定子段长度根据定子特性，约为200m-1200m。每一定子段所具有的绕组即为牵引电机绕组段LS。供电单元PS例如是现有磁浮供电中所采用的轨旁变电所，轨旁变电所通过变压器输出直流电压，在现有技术中通常用于向沿线通信基站、动力轨等供电。动力轨系统是向磁浮列车车载电网提供电能的供电设备之一。牵引变电单元TX包括：第一输入开关SI1、第一逆变器I1和第一输出开关SO1；以及第二输入开关SI2、第二逆变器I2和第二输出开关SO2；并且第一逆变器I1和第二逆变器I2分别经由第一输入开关SI1和第二输入开关SI2连接至直流母线DL，第一逆变器I1和第二逆变器I2分别经由第一输出开关SO1和第二输出开关SO2连接至牵引电机绕组段LS的第一供电端E1和第二供电端E2，并且第一供电端E1被供给的电流与第二供电端E2被供给的电流能够具有相位差，以使得牵引电机绕组段LS中产生交变电流。优选地，第一输入开关SI1经由第一谐波治理装置L1连接至第一逆变器I1；和/或第二输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种牵引变电单元，所述牵引变电单元经由直流母线与供电单元连接，并将所述供电单元输出至所述直流母线的电能变换后供给至牵引电机绕组段，所述牵引变电单元包括：/n第一输入开关、第一逆变器和第一输出开关；以及/n第二输入开关、第二逆变器和第二输出开关；并且/n所述第一逆变器和所述第二逆变器分别经由所述第一输入开关和所述第二输入开关连接至所述直流母线，所述第一逆变器和所述第二逆变器分别经由所述第一输出开关和所述第二输出开关连接至所述牵引电机绕组段的第一供电端和第二供电端，并且所述第一供电端被供给的电流与所述第二供电端被供给的电流能够具有相位差，以使得所述牵引电机绕组段中产生交变电流。/n

【技术特征摘要】
1.一种牵引变电单元，所述牵引变电单元经由直流母线与供电单元连接，并将所述供电单元输出至所述直流母线的电能变换后供给至牵引电机绕组段，所述牵引变电单元包括：
第一输入开关、第一逆变器和第一输出开关；以及
第二输入开关、第二逆变器和第二输出开关；并且
所述第一逆变器和所述第二逆变器分别经由所述第一输入开关和所述第二输入开关连接至所述直流母线，所述第一逆变器和所述第二逆变器分别经由所述第一输出开关和所述第二输出开关连接至所述牵引电机绕组段的第一供电端和第二供电端，并且所述第一供电端被供给的电流与所述第二供电端被供给的电流能够具有相位差，以使得所述牵引电机绕组段中产生交变电流。


2.根据权利要求1所述的牵引变电单元，其特征在于：
所述第一输入开关经由第一谐波治理装置连接至所述第一逆变器；和/或
所述第二输入开关经由第二谐波治理装置连接至所述第二逆变器。


3.一种磁浮列车的牵引供电系统，用于向所述磁浮列车的牵引电机供电，所述牵引电机具有N个牵引电机绕组段，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨曼莉，石煜，许义景，苏军贵，杨丽华，范祝霞，袁贤珍，辛本雨，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43