一种车载电力电子变压器结构及其稳定运行控制方法技术

本发明专利技术公开了一种车载电力电子变压器结构及其稳定运行控制方法，车载电力电子变压器结构包括：MMC

【技术实现步骤摘要】
一种车载电力电子变压器结构及其稳定运行控制方法


[0001]本专利技术涉及牵引传动
，具体涉及一种车载电力电子变压器结构及其稳定运行控制方法。

技术介绍

[0002]电力机车牵引传动系统是现有电力机车唯一的动力来源，其主要功能是将牵引网的电能变换为可供牵引电机使用的电能。
[0003]目前，电力牵引传动系统主要分为：“交
‑
直”、“直
‑
交”、“交直交”三种。其中，“交
‑
直”型牵引传动系统仅适用于对低压直流牵引网，“交
‑
直”型牵引传动系统有着较大缺陷，现正逐渐被“交
‑
直
‑
交”型替代。而“交
‑
直
‑
交”牵引传动系统中工频牵引变压器具有结构简单、可靠性较高、经济成本较低的等优点，但是它具有体积大、重量大，无法实现对电压、电流的连续调节与控制能力等缺点。
[0004]随着电力电子技术的发展，电力电子变压器应运而生。电力电子变压器除了具有电压等级变化和电气隔离的功能以外，还具有体积小、重量低、可控性强的优点。目前车载电力电子变压器尚未大规模地投入商业与工程应用。
[0005]随着超高压直流输电技术的深入研究与直流制式城市轨道交通的广泛应用，采用中高压直流作为高速铁路牵引供电制式成为一种可能。而中高压直流牵引供电系统供电制式与既有电气化铁路有所区别，因此需要设计适用于该供电制式的电力机车牵引传动系统。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种车载电力电子变压器结构及其稳定运行控制方法，以实现车载电力电子变压器稳定可靠运行的同时有效地减轻车载变压器的体积和重量，提高电能质量。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0008]本专利技术提供一种车载电力电子变压器结构，所述车载电力电子变压器结构包括：
[0009]MMC
‑
H桥DC
‑
DC变换器和三相逆变器，所述MMC
‑
H桥DC
‑
DC变换器包括一次侧的基于模块化多电平的变换器、二次侧的单相H桥变换器，以及位于所述一次侧和所述二次侧之间的中频变压器，所述MMC
‑
H桥DC
‑
DC变换器的输入侧正极经高速断路器QF1与直流牵引网相连，其输入侧负极与接地钢轨相连，其输出侧与所述三相逆变器的输入侧相连，以将中高压直流电能变换为电压较低的直流电能；所述三相逆变器的输出侧与交流牵引电机的输入侧连接，以将所述直流电能转换为交流电能并供给所述交流牵引电机。
[0010]可选择地，所述基于模块化多电平的变换器包括a相单元和b相单元，每相单元分别包括上下两个桥臂，各桥臂包括n个半桥子模块和一个桥臂电感L
p
，各半桥子模块分别包括开关管T
n1
、开关管T
n2
以及电容C
n
，
[0011]第一个上半桥子模块SM1的开关管T
11
的发射极和开关管T
12
的集电极同时连接牵引
网正极，开关管T
11
的集电极连接电容C1的一端，电容C1的另一端和开关管T
12
的发射极同时连接第二个半桥子模块的开关管T
21
的发射极和开关管T
22
的集电极；
[0012]第二个上半桥子模块SM2～第n
‑
1个上半桥子模块SM
n
‑1的开关管T
i1
的集电极连接电容C
i
的一端，开关管T
i2
的发射极连接电容C
i
的另一端，开关管T
i1
的发射极和开关管T
i2
的集电极同时连接上一个半桥子模块的开关管T
i2
的发射极及其电容C
i
的另一端，
[0013]第n个上半桥子模块SM
n
的开关管T
n2
的发射极和电容C
n
的另一端同时连接上桥臂的桥臂电感L
p
的一端，开关管T
n1
的集电极连接电容C
n
的一端，开关管T
n1
的发射极和开关管T
n2
的集电极同时连接第n
‑
1个半桥子模块的开关管T
(n
‑
1)2
的发射极及其电容C
n
‑1的另一端，
[0014]上桥臂的桥臂电感L
p
的另一端和下桥臂的桥臂电感L
’
p
的一端同时连接中频变压器的一次侧，下桥臂的桥臂电感L
’
p
的另一端连接第一个下半桥子模块SM
’1的输入端，第n个下半桥子模块SM
’
n的输出端连接牵引网负极；
[0015]第一个下半桥子模块SM
’1的开关管T
’
11
的发射极和开关管T
’
12
的集电极同时连接以作为第一个下半桥子模块SM
’1的输入端，第n个下半桥子模块SM
’
n的开关管T
’
n2
的发射极和电容C
’
n
的另一端同时连接以作为所述第n个下半桥子模块SM
’
n的输出端。
[0016]可选择地，所述基于模块化多电平的变换器中各开关管均采用全控型半导体器件。
[0017]可选择地，所述桥臂电感L
p
的表达式由一次侧单桥臂电流、电感电流的纹波系数以及电感电压电流的关系可得，且为：
[0018][0019]其中，U
c
为子模块标称电容电压，T
d
为准两电平调制时各个子模块开关信号的延时，n为单桥臂级联的子模块数量，r1为电感电流的纹波系数，I
dc1
为一次侧输入直流电流。
[0020]可选择地，所述单相H桥变换器包括开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4和电容C
o
，所述开关管S1的集电极、开关管S3的集电极和电容C
o
的一端同时连接三相逆变器的正极，所述开关管S1的发射极和所述开关管S2的集电极同时连接所述中频变压器的二次侧，所述开关管S2的发射极、开关管S4的发射极和电容C
o
的另一端同时连接三相逆变器的负极，所述开关管S3的集电极和所述开关管S4的发射极同时连接所述中频变压器的二次侧。
[0021]可选择地，输出电容C
o
的表达式由电容电压的纹波系数、电容充放电特性以及充放电电荷变化量可得，且为：
[0022][0023]其中，L为变压器漏感，r
U
为电容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车载电力电子变压器结构，其特征在于，所述车载电力电子变压器结构包括：MMC
‑
H桥DC
‑
DC变换器和三相逆变器，所述MMC
‑
H桥DC
‑
DC变换器包括一次侧的基于模块化多电平的变换器、二次侧的单相H桥变换器，以及位于所述一次侧和所述二次侧之间的中频变压器，所述MMC
‑
H桥DC
‑
DC变换器的输入侧正极经高速断路器QF1与直流牵引网相连，其输入侧负极与接地钢轨相连，其输出侧与所述三相逆变器的输入侧相连，以将中高压直流电能变换为电压较低的直流电能；所述三相逆变器的输出侧与交流牵引电机的输入侧连接，以将所述直流电能转换为交流电能并供给所述交流牵引电机。2.根据权利要求1所述的车载电力电子变压器结构，其特征在于，所述基于模块化多电平的变换器包括a相单元和b相单元，每相单元分别包括上下两个桥臂，各桥臂包括n个半桥子模块和一个桥臂电感L
p
，各半桥子模块分别包括开关管T
n1
、开关管T
n2
以及电容C
n
，第一个上半桥子模块SM1的开关管T
11
的发射极和开关管T
12
的集电极同时连接牵引网正极，开关管T
11
的集电极连接电容C1的一端，电容C1的另一端和开关管T
12
的发射极同时连接第二个半桥子模块的开关管T
21
的发射极和开关管T
22
的集电极；第二个上半桥子模块SM2～第n
‑
1个上半桥子模块SM
n
‑1的开关管T
i1
的集电极连接电容C
i
的一端，开关管T
i2
的发射极连接电容C
i
的另一端，开关管T
i1
的发射极和开关管T
i2
的集电极同时连接上一个半桥子模块的开关管T
i2
的发射极及其电容C
i
的另一端，第n个上半桥子模块SM
n
的开关管T
n2
的发射极和电容C
n
的另一端同时连接上桥臂的桥臂电感L
p
的一端，开关管T
n1
的集电极连接电容C
n
的一端，开关管T
n1
的发射极和开关管T
n2
的集电极同时连接第n
‑
1个半桥子模块的开关管T
(n
‑
1)2
的发射极及其电容C
n
‑1的另一端，上桥臂的桥臂电感L
p
的另一端和下桥臂的桥臂电感L
’
p
的一端同时连接中频变压器的一次侧，下桥臂的桥臂电感L
’
p
的另一端连接第一个下半桥子模块SM
’1的输入端，第n个下半桥子模块SM
’
n的输出端连接牵引网负极；第一个下半桥子模块SM
’1的开关管T
’
11
的发射极和开关管T
’
12
的集电极同时连接以作为第一个下半桥子模块SM
’1的输入端，第n个下半桥子模块SM
’
n的开关管T
’
n2
的发射极和电容C
’
n
的另一端同时连接以作为所述第n个下半桥子模块SM
’
n的输出端。3.根据权利要求2所述的车载电力电子变压器结构，其特征在于，所述基于模块化多电平的变换器中各开关管均采用全控型半导体器件。4.根据权利要求2所述的车载电力电子变压器结构，其特征在于，所述桥臂电感L
p
的表达式由一次侧单桥臂电流、电感电流的纹波系数以及电感电压电流的关系可得，且为：其中，U
c
为子模块标称电容电压，T
d
为准两电平调制时各个子模块开关信号的延时，n为单桥臂级联的子模块数量，r1为电感电流的纹波系数，I
dc1
为一次侧输入直流电流。5.根据权利要求2所述的车载电力电子变压器结构，其特征在于，所述单相H桥变换器包括开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4和电容C
o
，所述开关管S1的集电极、开关管S3的集...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩鹏程，郑鹏，娄颖，王国栋，武超，李明伟，赵梅花，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：