一种新型四象限变流器及其工况切换控制方法技术

本发明专利技术属于轨道交通变流技术领域，具体为一种新型四象限变流器及其工况切换控制方法，解决了背景技术中的技术问题，其包括直流支撑模块、交流支撑模块、控制器和电路变换装置，交流支撑模块包括结构相同的A桥臂和B桥臂，A、B桥臂均包括八个IGBT；电路变换装置包括脉冲变换模块和电路变换模块；控制器控制电路变换模块完成交流支撑模块的主电路拓扑结构变换后，提供相应的控制算法使脉冲变换模块输出对应驱动脉冲。本发明专利技术模块化设计，可根据不同的工况需要进行灵活变换，具有更高的冗余性、可靠性和灵活性；在有部分开关器件损坏的工况下，仍然能够保证四象限变流器的运行，大大提高了整车运行的可靠性，可灵活改善弓网侧电流谐波特性。特性。特性。

【技术实现步骤摘要】
一种新型四象限变流器及其工况切换控制方法


[0001]本专利技术属于轨道交通变流
，具体为一种新型四象限变流器及其工况切换控制方法。

技术介绍

[0002]四象限变流器因具有功率双向流动的特点，是轨道交通领域交流电传动系统的核心部件，其主要功能是完成交直、直交的电能变换。目前的四象限变流器基本的主电路拓扑结构通常采用固定的单相两电平拓扑结构，并不能根据实际情况或者工况进行拓扑变换。一方面，当功率模块中有开关器件损坏时，为避免故障扩大，该四象限变流器就需要停机，因此难免会造成整车部分动力损失，对电力机车运行的可靠性和运营效率均有较大影响；另一方面，拓扑结构无法随着工况的改变而变化，在冷却容量有限的情况下，现有技术无法在开关频率不变的情况下实现更好的谐波特性。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在解决传统四象限变流器采用固定、单一的单相两电平拓扑结构，当功率模块中有开关器件损坏时，需要变流器整体停机，会降低运行效率；且拓扑结构不能根据实际情况或工况进行拓扑变换的技术问题，提供了一种新型四象限变流器及其工况切换控制方法。
[0004]本专利技术解决其技术问题采用的技术手段是：一种新型四象限变流器，包括直流支撑模块、交流支撑模块、控制器和电路变换装置；电路变换装置包括脉冲变换模块和电路变换模块，电路变换模块包括两个输入端和五个输出端，第一输入端处连接有选择接触器K
A
，选择接触器K
A
包括K
A1
端和K
A2
端，第二输入端连接有选择接触器K
B
，选择接触器K
B
包括K
B1
端和K
B2
端；第一输出端处连接有断路器K
U
，第二输出端通过断路器K
a1
、断路器K5连接至K
A1
端，断路器K
a1
和断路器K5之间形成第一线路；第三输出端通过断路器K
a2
、断路器K6连接至K
A2
端，断路器K
a2
和断路器K6之间形成第二线路；第四输出端通过断路器K
b2
、断路器K7连接至K
B2
端，断路器K
b2
和断路器K7之间形成第三线路；第五输出端通过断路器K
b1
、断路器K8连接至K
B1
端，断路器K
b1
和断路器K8之间形成第四线路；断路器K
U
的另一端并联有断路器K2、断路器K3和断路器K4，断路器K2的另一端连接至第二线路，断路器K3的另一端连接至第二线路，断路器K4的另一端连接至第一线路，第一线路和第二线路之间并联有断路器K
a12
，第二线路和第三线路之间并联有断路器K
a2b2
，第二线路和第四线路之间并联有断路器K
a2b1
，第一线路和第四线路之间并联有断路器K
a1b1
，第三线路和第四线路之间并联有断路器K
b12
；直流支撑模块由两个支撑电阻和三个支撑电容构成，其中第一支撑电容C1并联至正负直流母线DC两端，第一支撑电阻R1和第二支撑电阻R2串联后并联至正负直流母线DC两端，第二支撑电容C2和第三支撑电容C3串联后并联至正负直流母线DC两端，第一支撑电阻R1和第二支撑电阻R2连线的中点与第二支撑电容C2和第三支撑电容C3连线的中点相连后作为
直流支撑模块的输出抽头U
O
引出连接至电路变换装置的第一输出端；交流支撑模块包括结构一致的A桥臂和B桥臂，A桥臂包括八个IGBT，其中IGBT
A11
、IGBT
A12
、IGBT
A13
、IGBT
A14
串联形成的电路与IGBT
A21
、IGBT
A22
、IGBT
A23
、IGBT
A24
串联性的电路相并联后并至正负直流母线两端；IGBT
A11
和IGBT
A12
连线的中点与IGBT
A21
和IGBT
A22
连线的中点相连，IGBT
A13
和IGBT
A14
连线的中点与IGBT
A23
和IGBT
A24
连线的中点相连，IGBT
A12
和IGBT
A13
连线的中点A
1O
以及IGBT
A22
和IGBT
A23
连线的中点A
2O
分别作为A桥臂输出抽头引出连接至电路变换装置的第二输出端和第三输出端；B桥臂包括八个IGBT，其中IGBT
B11
、IGBT
B12
、IGBT
B13
、IGBT
B14
串联形成的电路与IGBT
B21
、IGBT
B22
、IGBT
B23
、IGBT
B24
串联性的电路相并联后并至正负直流母线两端，IGBT
B11
和IGBT
B12
连线的中点与IGBT
B21
和IGBT
B22
连线的中点相连，IGBT
B13
和IGBT
B14
连线的中点与IGBT
B23
和IGBT
B24
连线的中点相连，IGBT
B12
和IGBT
B13
连线的中点B
1O
以及IGBT
B22
和IGBT
B23
连线的中点B
2O
分别作为B桥臂输出抽头引出连接至电路变换装置的第五输出端和第四输出端；电路变换装置的脉冲变换模块在控制器的控制下对A桥臂的八个IGBT以及B桥臂的八个IGBT的脉冲驱动进行变换，电路变换模块在控制器的控制下使交流支撑模块的主电路拓扑结构完成变换；电路变换装置的两个输入端分别与弓网的交流输出端A、B相连；控制器根据指令切换不同的运行工况，控制电路变换模块完成交流支撑模块的主电路拓扑结构变换后，提供相应的控制算法使脉冲变换模块输出对应驱动脉冲。
[0005]优选的，还包括用于为直流支撑模块充电的预充电装置，预充电装置连接至电路变换模块的第一输入端或第二输入端与弓网交流输出端间的连线上，预充电装置由预充电电阻和接触器并联构成，在控制器的控制下，当四象限变流器启动时，预充电电阻串联至主回路中。
[0006]优选的，直流母线正向输出端处还连接有总断路器。
[0007]优选的，在控制器的控制下，可实现九种工况的切换：工况一：控制器使能脉冲变换和电路变换，脉冲变换模块将IGBT脉冲使能，具备全部脉冲传输能力；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型四象限变流器，其特征在于，包括直流支撑模块、交流支撑模块、控制器和电路变换装置；电路变换装置包括脉冲变换模块和电路变换模块，电路变换模块包括两个输入端和五个输出端，第一输入端处连接有选择接触器K
A
，选择接触器K
A
包括K
A1
端和K
A2
端，第二输入端连接有选择接触器K
B
，选择接触器K
B
包括K
B1
端和K
B2
端；第一输出端处连接有断路器K
U
，第二输出端通过断路器K
a1
、断路器K5连接至K
A1
端，断路器K
a1
和断路器K5之间形成第一线路；第三输出端通过断路器K
a2
、断路器K6连接至K
A2
端，断路器K
a2
和断路器K6之间形成第二线路；第四输出端通过断路器K
b2
、断路器K7连接至K
B2
端，断路器K
b2
和断路器K7之间形成第三线路；第五输出端通过断路器K
b1
、断路器K8连接至K B1
端，断路器K
b1
和断路器K8之间形成第四线路；断路器K
U
的另一端并联有断路器K2、断路器K3和断路器K4，断路器K2的另一端连接至第二线路，断路器K3的另一端连接至第二线路，断路器K4的另一端连接至第一线路，第一线路和第二线路之间并联有断路器K
a12
，第二线路和第三线路之间并联有断路器K
a2b2
，第二线路和第四线路之间并联有断路器K
a2b1
，第一线路和第四线路之间并联有断路器K
a1b1
，第三线路和第四线路之间并联有断路器K
b12
；直流支撑模块由两个支撑电阻和三个支撑电容构成，其中第一支撑电容C1并联至正负直流母线DC两端，第一支撑电阻R1和第二支撑电阻R2串联后并联至正负直流母线DC两端，第二支撑电容C2和第三支撑电容C3串联后并联至正负直流母线DC两端，第一支撑电阻R1和第二支撑电阻R2连线的中点与第二支撑电容C2和第三支撑电容C3连线的中点相连后作为直流支撑模块的输出抽头U
O
引出连接至电路变换模块的第一输出端；交流支撑模块包括结构一致的A桥臂和B桥臂，A桥臂包括八个IGBT，其中IGBT
A11
、IGBT
A12
、IGBT
A13
、IGBT
A14
串联形成的电路与IGBT
A21
、IGBT
A22
、IGBT
A23
、IGBT
A24
串联性的电路相并联后并至正负直流母线两端；IGBT
A11
和IGBT
A12
连线的中点与IGBT
A21
和IGBT
A22
连线的中点相连，IGBT
A13
和IGBT
A14
连线的中点与IGBT
A23
和IGBT
A24
连线的中点相连，IGBT
A12
和IGBT
A13
连线的中点A
1O
以及IGBT
A22
和IGBT
A23
连线的中点A
2O
分别作为A桥臂输出抽头引出连接至电路变换模块的第二输出端和第三输出端；B桥臂包括八个IGBT，其中IGBT
B11
、IGBT
B12
、IGBT
B13
、IGBT
B14
串联形成的电路与IGBT
B21
、IGBT
B22
、IGBT
B23
、IGBT
B24
串联性的电路相并联后并至正负直流母线两端，IGBT
B11
和IGBT
B12
连线的中点与IGBT
B21
和IGBT
B22
连线的中点相连，IGBT
B13
和IGBT
B14
连线的中点与IGBT
B23
和IGBT
B24
连线的中点相连，IGBT
B12
和IGBT
B13
连线的中点B
1O
以及IGBT
B22
和IGBT
B23
连线的中点B
2O
分别作为B桥臂输出抽头引出连接至电路变换模块的第五输出端和第四输出端；电路变换装置的脉冲变换模块在控制器的控制下对A桥臂的八个IGBT以及B桥臂的八个IGBT的脉冲驱动进行变换，电路变换模块在控制器的控制下使交流支撑模块的主电路拓扑结构完成变换；电路变换模块的两个输入端分别与弓网的交流输出端A、B相连；控制器根据指令切换不同的运行工况，控制电路变换模块完成交流支撑模块的主电路拓扑结构变换后，提供相应的控制算法使脉冲变换模块输出对应驱动脉冲。2.根据权利要求1所述的一种新型四象限变流器，其特征在于，还包括用于为直流支撑模块充电的预充电装置，预充电装置连接至电路变换模块的第一输入端或第二输入端与弓网交流输出端间的连线上，预充电装置由预充电电阻和接触器并联构成，在控制器的控制下，当四象限变流器启动时，预充电电阻串联至主回路中。
3.根据权利要求1所述的一种新型四象限变流器，其特征在于，直流母线正向输出端处还连接有总断路器。4.根据权利要求1至3任一项所述的一种新型四象限变流器，其特征在于，在控制器的控制下，可实现九种工况的切换：工况一：控制器使能脉冲变换和电路变换，脉冲变换模块将IGBT脉冲使能，具备全部脉冲传输能力；控制器控制电路变换模块，使断路器K
a1
、断路器K
a2
、断路器K5、断路器K
a12
、断路器K
b1
、断路器K
b2
、断路器K b12
、断路器K8闭合，将选择接触器K
A
接通K
A1
端口，选择接触器K
B
接通K
B1
端口，剩余断路器均处于断开状态，即可实现A桥臂的中点输出抽头A
1O
和A
2O
相连接并与电路变换模块的第一输入端连通， B桥臂的中点输出抽头B
1O
和B
2O
相连接并与电路变换模块的第二输入端连通，直流支撑模块输出抽头U
O
悬浮，变换后的主回路构成了双管并联的两电平主拓扑电路的四象限变流器；控制器采用两电平控制算法对所有IGBT进行控制以实现四象限变流功能；工况二：控制器使能脉冲变换和电路变换，脉冲变换模块将IGBT脉冲使能，IGBT
A11
、IGBT
A21
、IGBT
A14
、IGBT
A24
、IGBT
B11
、IGBT
B21
、IGBT
B14
、IGBT
B24
给持续高电平，其余IGBT均具有高低电平的传输能力；控制器控制电路变换模块，使断路器K
a1
、断路器K
a2
、断路器K5、断路器K
a12
、断路器K
b1
、断路器K
b2
、断路器K b12
、断路器K8闭合，将选择接触器K
A
接通K
A1
端口，选择接触器K
B
接通K
B1
端口，剩余断路器均处于断开状态，即可实现A桥臂的中点输出抽头A
1O
和A
2O
相连接并与电路变换装置的第一输入端连通， B桥臂的中点输出抽头B
1O
和B
2O
相连接并与电路变换装置的第二输入端连通，直流支撑模块输出抽头U
O
悬浮，变换后的主回路构成了两电平主拓扑电路的四象限变流器；控制器采用两电平控制算法对所有IGBT进行控制以实现四象限变流功能；工况三：控制器使能脉冲变换和电路变换，脉冲变换模块将IGBT脉冲使能，IGBT
A12
、IGBT
A22
、IGBT
A13
、IGBT
A23
、IGBT
B12
、IGBT
B22
、IGBT
B13
、IGBT
B23
给持续高电平，其余IGBT均具有高低电平的传输能力；控制器控制电路变换模块，使断路器K
a1
、断路器K
a2
、断路器K5、断路器K
a12
、断路器K
b1
、断路器K
b2
、断路器K b12
、断路器K8闭合，将选择接触器K
A
接通K
A1
端口，选择接触器K
B
接通K
B1
端口，剩余断路器均处于断开状态，即可实现A桥臂的中点输出抽头A
1O
和A
2O
相连接并与电路变换装置的第一输入端连通， B桥臂的中点输出抽头B
1O
和B
2O
相连接并与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王奔，于森林，刘颖，苏鹏程，詹哲军，
申请(专利权)人：中车永济电机有限公司，
类型：发明
国别省市：