本发明专利技术涉及一种大功率模块化直流供电装置及其控制方法，由双向功率单元和曲折连接的变压器组成。有三个双向功率单元，每个双向功率单元包括十二只逆导型管ＩＧＢＴ，形成六个桥臂，每桥臂接入了曲折连接的变压器的初级绕组Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３。并接有电压和电流的传感器，双向功率单元的交流侧电压由曲折连接的１５个次级绕组相位叠加，在每两相间接有滤波电容，产生三相对称的１８阶梯波交流线电压，各双向功率单元的直流侧并联工作。该供电装置及其控制方法直流输出电压稳定、系统响应快、可控性好、交流侧谐波污染小，特别是实现直流侧能量能够向交流侧回馈、交直流两侧的能量能够双向传输，对于节能减排可以起到十分积极的作用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种直流供电领域，特别是指一种大功率模块化直流供电装 置及其控制方法。
技术介绍
直流供电领域是目前国家大力发展的关系国计民生的重要行业，直流供 电装置在城市轨道交通、矿山牵引、港口吊车等领域都有重要应用，前景广 阔。但是，目前的直流供电装置在应用中尚存在许多问题。下面以城市轨道 交通的牵引供电系统为例进行说明。目前城市轨道交通主要采用750V和1500V两种直流供电制式， 一般采 用12脉波或24脉波二极管不控整流。这种供电方式沿用至今已经有几十年 历史，具有装置结构简单、性能可靠的优点。但是使用这种装置，供电的直 流电压不可控、输出电压波动大、对交流电网的谐波污染大等问题也很突出。 此外，由于城轨车辆需要频繁的起动和制动，而在车辆快速启动时，需要的 牵引功率很大，由二极管不控整流输出的直流电压会迅速跌落，装置的输出 特性很软；在车辆制动时，会造成直流侧能量累积、直流输出电压抬高，由 于现有装置中二极管具有单向导电性，从而无法将直流侧的多余能量回馈到 交流侧电网，必须另加额外的装置对这些能量进行处理。目前在城市轨道交通牵引供电系统中，在车辆制动时处理直流侧累积的 能量、防止直流侧电压抬高所采用的主要技术手段有使用制动电阻装置、 使用飞轮储能装置、使用电容储能装置、使用晶闸管逆变装置。使用制动电 阻装置时，供电系统中直流侧的能量仍然无法进行回馈，只是通过制动电阻 器将多余的电能转化为热能的最终散失在空气中。使用这种方式显然并未达到将直流侧电能回馈到交流侧的目的，仅仅起到了限制直流侧电压的作用， 将直流侧多余的能量消耗掉，能量浪费严重；使用飞轮储能装置可以将直流 侧的多余能量临时储存在高速转动的飞轮之中，当直流供电系统负荷加大 时，飞轮储能装置可以将存储在飞轮中的能量释放出来。这种方式与采用制 动电阻方式相比，直流侧的多余能量可以缓存到飞轮中，避免了能量的浪费。 但是由于飞轮是精密机械部件，尽管采用了相关的轴承技术，其寿命仍然有 限，维护和更换起来十分复杂。由于相关装置国内并不能生产，完全依赖进口，价格十分昂贵，也大大加大了直流供电系统的成本；使用电容储能装置， 其功能与使用飞轮储能装置类似，可以将直流侧的多余能量进行缓存，必要 时再释放出来。但是此类装置一般容量较小，可以存储的能量有限，不能完 全满足大容量直流供电系统直流侧能量回馈的需要。并且相关装置国内仍然 无法制造，价格昂贵，成本较高；使用晶闸管逆变装置，直流能量可以通过 逆变装置逆变成交流能量向交流侧回馈。但是由于现有装置中采用的是相控 晶闸管，在直流侧能量回馈交流侧时，装置输入到交流电网的谐波含量很大， 影响了交流电网的供电质量，使用起来也有不足之处。综上所述，研制出一种直流侧电压稳定、系统响应快、可控性好、交流 侧谐波污染小，特别是实现直流侧能量能够向交流侧回馈、交直流两侧的能 量能够双向传输的新型直流供电装置具有重要意义，对于节能减排可以起到 十分积极的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种大功率 模块化直流供电装置及其控制方法，目的是为直流供电系统提供一种高性能 的供电装置。该装置输出直流电压稳定，能够将装置的直流侧能量向装置交 流侧的交流电网进行回馈，并且对交流电网谐波污染小。由于所述装置是采 用多个相同的双向功率单元多重化并联工作，因而在实际的应用中可以根据 直流供电线路上的负荷情况灵活选取供电装置中双向功率单元的组数，并且 对某个双向功率单元进行常规维护时或者其发生故障时，可以直接将该双向功率单元在线取下，而不会对整个系统内其他双向功率单元的工作情况产生 任何影响，从而做到装置的维护和检修不停机、不断电，直流供电系统的可 靠性高，并且高度模块化。本专利技术的目的可以通过以下措施来达到大功率模块化直流供电装置由双向功率单元和曲折连接的变压器组成， 双向功率单元构成如下装置中有三个双向功率单元，每个双向功率单元的直流侧并联，每个双向功率单元各器件具体的连接构成是十二只反并联二极管的逆导型管GxlL、 Gx2L、 Gx3L、 Gx4L、 Gx5L、 Gx6L、 GxlR、 Gx2R、 Gx3R、 Gx4R、 Gx5R、 Gx6R ，其中GxlL禾口 Gx4L、 Gx2L禾口 Gx5L、 Gx3L禾卩Gx6L、 GxlR和Gx4R、 Gx2R和Gx5R、 Gx3R和Gx6R串联形成六个桥臂，桥臂正、 负两端分别并联到一起，桥臂的正端接用于测量直流输出电流Sx2的右端， 桥臂的负端接在一起后接双向功率单元的直流负母线N，Sx2的左端接双向 功率单元的直流正母线P，直流电压传感器Sxl的上端接P，下端接N，Q的正极接到Sx2的右端，负极接到N上。每个双向功率单元还接入了曲折连接 的变压器的其中三个初级绕组Txl、 Tx2、 Tx3，其中GxlL和Gx4L的连接点 接到Sx3的左端，Sx3的右端接到Txl的同名端，Txl的非同名端接到GxlR 和Gx4R的连接点，Gx2L和Gx5L连接点接到Sx4的左端，Sx4的右端接到Tx2 的同名端，Tx2的非同名端接到Gx2R和Gx5R的连接点，Gx3L和Gx6L的连 接点接到Tx3的同名端，Tx3的非同名端接到Gx3R和Gx6R的连接点，测量 两相交流电压Sx5的上端接到Sx3的左端，Sx5的下端接到Sx4的左端，测 量两相交流电压Sx6的上端接到Sx4的左端，Sx6的下端接到Tx3的同名端； 曲折连接的变压器组成如下各单相变压器的初级绕组为连接l号双向功率单元的三个单相变压器的初级绕组为Tll、 T12、 T13，连接2号双向 功率单元的三个单相变压器的初级绕组为T21、 T22、 T23，连接3号双向功 率单元的三个单相变压器的初级绕组为T31、 T32、 T33，共有九个初级绕组；各单相变压器的次级绕组为连接1号双向功率单元的三个单相变压器 各有一个次级绕组T11-1、 T12-1、 T13-1，连接2号双向功率单元的三个单相变压器各有两个次级绕组T21-l、 T21-2、 T22-l、 T22-2、 T23-1、 T23-2， 连接3号双向功率单元的三个单相变压器各有两个次级绕组T31_l、 T31-2、 T32-l、 T32-2、 T33-1 、 T33-2，共十五个次级绕组；T11-1的同名端接到装置交流侧的A相端子上，Tll-l的非同名端接到 T21-l的同名端，T2卜l的非同名端接到T22-2的非同名端，T22-2的同名 端接到T31-l的同名端，T31-l的非同名端接到T32-2的非同名端，T32-2的 同名端接三相的中点；T12-1的同名端接到装置交流侧的B相端子上，T12-l的非同名端接 T22-l的同名端，T22-l的非同名端接T23-2的非同名端，T23-2的同名端 接T32-l的同名端，T32-l的非同名端接T33-2的非同名端，T33-2的同名 端接三相的中点；T13-l的同名端接到装置交流侧的C相端子上，T13-l的非同名端接 T23-1的同名端，T23-l的非同名端接T21-2的非同名端，T21-2的同名端 接T33-l的同名端，T33-1的非同名端接T31-2的非同名端，T31-2的同名 端接三相的中点；各单本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大功率模块化直流供电装置，其特征在于：大功率模块化直流供电装置由双向功率单元和曲折连接的变压器组成， 双向功率单元构成如下：装置中有三个双向功率单元，每个双向功率单元的直流侧并联，每个双向功率单元各器件具体的连接构成是：十二只反并联二极管的逆导型管Ｇｘ１Ｌ、Ｇｘ２Ｌ、Ｇｘ３Ｌ、Ｇｘ４Ｌ、Ｇｘ５Ｌ、Ｇｘ６Ｌ、Ｇｘ１Ｒ、Ｇｘ２Ｒ、Ｇｘ３Ｒ、Ｇｘ４Ｒ、Ｇｘ５Ｒ、Ｇｘ６Ｒ，其中Ｇｘ１Ｌ和Ｇｘ４Ｌ、Ｇｘ２Ｌ和Ｇｘ５Ｌ、Ｇｘ３Ｌ和Ｇｘ６Ｌ、Ｇｘ１Ｒ和Ｇｘ４Ｒ、Ｇｘ２Ｒ和Ｇｘ５Ｒ、Ｇｘ３Ｒ和Ｇｘ６Ｒ串联形成六个桥臂，桥臂正、负两端分别并联到一起，桥臂的正端接用于测量直流输出电流Ｓｘ２的右端，桥臂的负端接在一起后接双向功率单元的直流负母线Ｎ，Ｓｘ２的左端接双向功率单元的直流正母线Ｐ，直流电压传感器Ｓｘ１的上端接Ｐ，下端接Ｎ，Ｃ↓［ｄｘ］的正极接到Ｓｘ２的右端，负极接到Ｎ上。每个双向功率单元还接入了曲折连接的变压器的其中三个初级绕组Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３，其中Ｇｘ１Ｌ和Ｇｘ４Ｌ的连接点接到Ｓｘ３的左端，Ｓｘ３的右端接到Ｔｘ１的同名端，Ｔｘ１的非同名端接到Ｇｘ１Ｒ和Ｇｘ４Ｒ的连接点，Ｇｘ２Ｌ和Ｇｘ５Ｌ连接点接到Ｓｘ４的左端，Ｓｘ４的右端接到Ｔｘ２的同名端，Ｔｘ２的非同名端接到Ｇｘ２Ｒ和Ｇｘ５Ｒ的连接点，Ｇｘ３Ｌ和Ｇｘ６Ｌ的连接点接到Ｔｘ３的同名端，Ｔｘ３的非同名端接到Ｇｘ３Ｒ和Ｇｘ６Ｒ的连接点，测量两相交流电压Ｓｘ５的上端接到Ｓｘ３的左端，Ｓｘ５的下端接到Ｓｘ４的左端，测量两相交流电压Ｓｘ６的上端接到Ｓｘ４的左端，Ｓｘ６的下端接到Ｔｘ３的同名端； 曲折连接的变压器组成如下：各单相变压器的初级绕组为：连接１号双向功率单元的三个单相变压器的初级绕组为Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３，连接２号双向功率单元的三个单相变压器的初级绕组为Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ２３，连接３号双向功率单元的三个单相变压器的初级绕组为Ｔ３１、Ｔ３２、Ｔ３３，共有九个初级绕组； 各单相变压器的次级绕组为：连接１号双向功率单元的三个单相变压器各有一个次级绕组Ｔ１１－１、Ｔ１２－１、Ｔ１３－１，连接２号双向功率单元的三个单相变压器各有两个次级绕组Ｔ２１－１、Ｔ２１－２、Ｔ２２－１、Ｔ２２－２、Ｔ２３－１、Ｔ２３－２，连接３号双向功率单元的三个单相变压器各有两个次级绕组Ｔ３１－１、Ｔ３１－２、Ｔ３２－１、Ｔ３２－２、Ｔ３３－１、Ｔ３３－２，共十五个次级绕组； Ｔ１１－１的同名端接到...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘志刚，贾利民，卢西伟，赵明花，张钢，王磊，刁利军，沈茂盛，狄威，牟富强，李哲峰，林文立，梅樱，罗荣娅，
申请(专利权)人：北京交通大学，北京链奕通易轨道交通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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