一种共用直流母线的动车组地面电源及其控制方法技术

本发明专利技术属于电力电子电能变换和控制领域，涉及一种共用直流母线的动车组地面电源及其控制方法，消除单相用电制式的动车组列车在用电时产生的不平衡电流，以及长距离供电在负载电流较大时负载端电压跌落的问题。该动车组地面电源由串联电路模块、并联电路模块、旁路开关(KM1)、输出开关(KM2)，采样电路及控制器等组成。当负载侧出现不平衡电流时，通过控制并联电路模块的输出电流，消除负载电流不平衡，补偿负载无功和滤除负载谐波电流；当电缆压降产生，控制器检测到输出端电压降低时，控制串联电路模块提高输出端电压，通过对输出电压的控制，可以补偿供电电缆上产生的电压降。可以补偿供电电缆上产生的电压降。可以补偿供电电缆上产生的电压降。

【技术实现步骤摘要】
一种共用直流母线的动车组地面电源及其控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子电能变换和控制领域，涉及一种地面电源，尤其涉及一种应用于动车运用所内，向动车组列车提供外部检修电力供应的地面电源装置。

技术介绍

[0002]动车组列车需要定期进入检修库进行检修，在检修作业时需要地面电源装置向动车组列车提供外部供电支持。现有动车组列车有两种不同的外部电源要求，三相380V50Hz电源或单相380V50Hz电源。
[0003]动车运用所设置10/0.4kV动力变压器，并通过所内交流馈电系统向动车组列车提供三相电源，通过设置单相地面电源装置向动车组列车提供单相电源。现有的做法是将动力变压器及地面电源装置放置于检修库附楼地面电源间内，通过电缆或密集母线槽，将电能输送到检修库内轨道桥旁的地面电源插座箱，通过地面电源插座箱内的软电缆及插头接入动车组列车外部电源接口。根据检修库规模的不同，从动力变压器到动车组列车的外部电源接口供电距离最大可达500米以上。三相用电制式的动车组列车单列最大电流可达840A，单相用电制式的动车组列车单列最大电流可达750A。长距离大电流输电时，供电线路上的电压降不可避免，为向动车组列车提供符合要求的电压，需要采取必要的技术措施。
[0004]另外，若在不设置单相地面电源装置的情况下，直接使用10/0.4kV动力变压器输出向单相用电制式动车组列车供电将会在变压器原边和副边产生严重不平衡情况，导致供电异常或保护跳闸。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种公用直流母线的动车组地面电源，向动车组列车提供满足检修要求的外部电源，同时消除单相用电制式的动车组列车在用电时产生的不平衡电流，以及长距离供电在负载电流较大时负载端电压跌落的问题。
[0006]本专利技术的技术方案是提供一种共用直流母线的动车组地面电源，其特殊之处在于：包括主电路、采样电路及控制器；
[0007]上述主电路包括串联电路模块、并联电路模块、旁路开关及输出开关；上述串联电路模块与并联电路模块共用直流母线；
[0008]上述串联电路模块包括A、B、C三相电路单元，A、B、C三相电路单元的输入端分别连接至交流电网的A、B、C三相输出端；
[0009]上述并联电路模块包括A、B、C三相桥电路，各相桥电路的输入端分别通过旁路开关KM1与交流电网的A、B、C三相输出端连接；各相桥电路的输入端还分别与串联电路模块中相应的A、B、C三相电路单元的输出端连接；
[0010]上述串联电路模块与并联电路模块的三相输出端分别与输出开关KM2连接；
[0011]上述采样电路用于采集主电路相应的电压数据及电流数据；
[0012]上述控制器用于控制主电路工作时序，并根据采样电路采集的实时电压数据与预
设电压值的大小关系，控制串联电路模块的输出电压，补偿输出电压以趋近预设电压值，实现对输出电压的补偿；根据采样电路采集的实时电流数据与预设电流值之间的关系，控制并联电路模块的输出电流，消除负载电流不平衡。
[0013]进一步地，上述控制器还可以根据流过输出开关的电流和串联电路模块的输出电压计算功率因数和负载谐波。若功率因数或电流谐波超过设定值且并联电路模块的输出电流未超过并联电路模块的额定值，则对流过输出开关KM2的电流进行谐波补偿和无功补偿。
[0014]进一步地，上述主电路工作时序具体为：先接通旁路开关，启动并联电路模块建立直流母线电压，再启动串联电路模块，切断旁路开关，进入稳定工作状态。
[0015]进一步地，上述串联电路模块A、B、C三相电路单元均采用单相半桥电路结构；
[0016]A相电路单元包括电容C1、电容C2、IGBT V1、IGBT V2、电感L1及输出滤波电容C3；电容C1与电容C2串联，串联的中点连接交流电网A相作为输入；电容C1与电容C2的另外两端为直流母线的正Vdc+和直流母线的负Vdc
‑
；Vdc+连接IGBT V1的集电极，Vdc
‑
连接IGBT V2的发射极；IGBT V1的发射极连接IGBT V2的集电极，并连接电感L1的一端；电感L1的另一端连接电容C3的一端作为串联部分的A相输出，电容C3的另一端连接至电网的N；
[0017]B相电路单元包括电容C4、电容C5、IGBT V3、IGBT V4、电感L2及输出滤波电容C6；电容C4与电容C5串联，串联的中点连接电网B相作为输入；电容C4另外一端连接直流母线Vdc+，电容C5另外一端连接直流母线Vdc
‑
；IGBT V3的集电极连接Vdc+，IGBT V4的发射极连接Vdc
‑
；IGBT V3的发射极连接IGBT V4的集电极，并连接电感L2的一端；电感L2的另一端连接电容C6的一端作为串联部分的B相输出，电容C6的另一端连接至电网的N；
[0018]C相电路单元包括电容C7、电容C8、IGBT V5、IGBT V6、电感L3及输出滤波电容C9；电容C7与电容C8串联，串联的中点连接电网C相作为输入；电容C7另外一端连接直流母线Vdc+，电容C8另外一端连接直流母线Vdc
‑
；IGBT V5的集电极连接Vdc+，IGBT V6的发射极连接Vdc
‑
；IGBT V5的发射极连接IGBT V6的集电极，并连接电感L3的一端；电感L3的另一端连接电容C9的一端作为串联部分的C相输出，电容C9的另一端连接至电网的N。
[0019]进一步地，并联电路模块包括电感L4、电感L5、电感L6、IGBT V7、IGBT V8、IGBT V9、IGBT V10、IGBT V11、IGBT V12、电容C10、电容C11，电容C12、电容C13及电容C14；
[0020]IGBT V7的发射极连接直流母线Vdc
‑
，IGBT V8的集电极连接直流母线Vdc+，IGBT V8的发射极连接IGBT V7的集电极，同时连接电感L4的一端，电感L4的另一端连接并联部分的A相输出，并连接电容C12的一端；IGBT V9的发射极连接直流母线Vdc
‑
，IGBT V10的集电极连接直流母线Vdc+，IGBT V10的发射极连接IGBT V9的集电极，同时连接电感L5的一端，电感L5的另一端连接并联部分的B相输出，并连接电容C13的一端；IGBT V11的发射极连接直流母线Vdc
‑
，IGBT V12的集电极连接直流母线Vdc+，IGBT V12的发射极连接IGBT V11的集电极，同时连接电感L6的一端，电感L6的另一端连接并联部分的C相输出，并连接电容C14的一端；电容C10与C11串联后，电容C10的另一端连接直流母线Vdc
‑
，电容C11的另一端连接直流母线Vdc+；电容C12、C13、C14的另一端相互连接。
[0021]进一步地，上述电压数据包括：A相电路单元电容C1两端的电压信号U
C1
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共用直流母线的动车组地面电源，其特征在于：包括主电路、采样电路及控制器；所述主电路包括串联电路模块、并联电路模块、旁路开关及输出开关；所述串联电路模块与并联电路模块共用直流母线；所述串联电路模块包括A、B、C三相电路单元，A、B、C三相电路单元的输入端分别连接至交流电网的A、B、C三相输出端；所述并联电路模块包括A、B、C三相桥电路，各相桥电路的输入端分别通过旁路开关与交流电网的A、B、C三相输出端连接；各相桥电路的输入端还分别与串联电路模块中相应的A、B、C三相电路单元的输出端连接；所述串联电路模块与并联电路模块的三相输出端分别与输出开关连接；所述采样电路用于采集主电路相应的电压数据及电流数据；所述控制器用于控制主电路工作时序，并根据采样电路采集的实时电压数据与预设电压值的大小关系，控制串联电路模块的输出电压，补偿输出电压以趋近预设电压值，实现对输出电压的补偿；根据采样电路采集的实时电流数据与预设电流值之间的关系，控制并联电路模块的输出电流，消除负载电流不平衡。2.根据权利要求1所述的一种共用直流母线的动车组地面电源，其特征在于：所述控制器根据流过输出开关的电流和串联电路模块的输出电压计算功率因数和负载谐波，若功率因数或电流谐波超过设定值且并联电路模块的输出电流未超过并联电路模块的额定值，则对流过输出开关的电流进行谐波补偿和无功补偿。3.根据权利要求2所述的一种共用直流母线的动车组地面电源，其特征在于，所述主电路工作时序具体为：先接通旁路开关，启动并联电路模块建立直流母线电压，再启动串联电路模块，切断旁路开关，进入稳定工作状态。4.根据权利要求3所述的一种共用直流母线的动车组地面电源，其特征在于：所述串联电路模块的A、B、C三相电路单元均采用单相半桥电路结构；A相电路单元包括电容C1、电容C2、IGBT V1、IGBT V2、电感L1及输出滤波电容C3；电容C1与电容C2串联，串联的中点连接交流电网A相作为输入；电容C1与电容C2的另外两端为直流母线的正Vdc+和直流母线的负Vdc
‑
；Vdc+连接IGBT V1的集电极，Vdc
‑
连接IGBT V2的发射极；IGBT V1的发射极连接IGBT V2的集电极，并连接电感L1的一端；电感L1的另一端连接电容C3的一端作为串联部分的A相输出，电容C3的另一端连接至电网的N；B相电路单元包括电容C4、电容C5、IGBT V3、IGBT V4、电感L2及输出滤波电容C6；电容C4与电容C5串联，串联的中点连接电网B相作为输入；电容C4另外一端连接直流母线Vdc+，电容C5另外一端连接直流母线Vdc
‑
；IGBT V3的集电极连接Vdc+，IGBT V4的发射极连接Vdc
‑
；IGBT V3的发射极连接IGBT V4的集电极，并连接电感L2的一端；电感L2的另一端连接电容C6的一端作为串联部分的B相输出，电容C6的另一端连接至电网的N；C相电路单元包括电容C7、电容C8、IGBT V5、IGBT V6、电感L3及输出滤波电容C9；电容C7与电容C8串联，串联的中点连接电网C相作为输入；电容C7另外一端连接直流母线Vdc+，电容C8另外一端连接直流母线Vdc
‑
；IGBT V5的集电极连接Vdc+，IGBT V6的发射极连接Vdc
‑
；IGBT V5的发射极连接IGBT V6的集电极，并连接电感L3的一端；电感L3的另一端连接电容C9的一端作为串联部分的C相输出，电容C9的另一端连接至电网的N。
5.根据权利要求3所述的一种共用直流母线的动车组地面电源，其特征在于：并联电路模块包括电感L4、电感L5、电感L6、IGBT V7、IGBT V8、IGBT V9、IGBT V10、IGBT V11、IGBT V12、电容C10、电容C11，电容C12、电容C13及电容C14；IGBT V7的发射极连接直流母线Vdc
‑
，IGBT V8的集电极连接直流母线Vdc+，IGBT V8的发射极连接IGBT V7的集电极，同时连接电感L4的一端，电感L4的另一端连接并联部分的A相输出，并连接电容C12的一端；IGBT V9的发射极连接直流母线Vdc
‑
，IGBT V10的集电极连接直流母线Vdc+，IGBT V10的发射极连接IGBT V9的集电极，同时连接电感L5的一端，电感L5的另一端连接并联部分的B相输出，并连接电容C13的一端；IGBT V11的发射极连接直流母线Vdc
‑
，IGBT V12的集电极连接直流母线Vdc+，IGBT V12的发射极连接IGBT V11的集电极，同时连接电感L6的一端，电感L6的另一端连接并联部分的C相输出，并连接电容C14的一端；电容C10与C11串联后，电容C10的另一端连接直流母线Vdc
‑
，电容C11的另一端连接直流母线Vdc+；电容C12、C13、C14的另一端相互连接。6.根据权利要求3所述的一种共用直流母线的动车组地面电源，其特征在于：所述电压数据包括：A相电路单元电容C1两端的电压信号U
C1
，电容C2两端的电压信号U
C2
，输出滤波电容C3两端的电压信号U
C3
，B相电路单元电容C4两端的电压信号U
C4
，电容C5两端的电压信号U
C5
，输出滤波电容C6两端的电压信号U
C6
，C相电路单元电容C7两端的电压信号U
C7
，电容C8两端的电压信号U
C8
，输出滤波电容C9两端的电压信号U
C9
，电容C10两端的电压U
C10
，电容C11两端的电压U
C11
；所述电流数据包括：A相输入电流信号I
VSA
，B相输入电流信号I
VSB
，C相输入电流信号I
VSC
，流过电感L1的电流I
L1
，流过电感L2的电流I
L2
，流过电感L3的电流I
L3
，流过电感L4的电流I
L4
，流过电感L5的电流I
L5
，流过电感L6的电流I
L6
。7.根据权利要求1
‑
6任一所述的一种共用直流母线的动车组地面电源，其特征在于：所述控制器包括信号预处理单元、FPGA、DSP及FPGA/DSP数据交互缓存区；所述信号预处理单元与FPGA连接，所述FPGA通过控制参数总线及采样数据总线与FPGA/DSP数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵建华，俞靖波，唐龙，杨建军，赵琛，王堉屾，伍静松，李育春，詹鹏伟，毕娟娟，
申请(专利权)人：西安爱科赛博电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：