一种全控型同相供电系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种全控型同相供电系统，包括：三相多绕组分裂电力变压器、变换器模块及单相三绕组升压变压器；三相多绕组分裂电力变压器的三个铁芯柱均布置有n个相同的低压线圈，组成n个三相低压绕组；变换器模块包括级联的n个功率单元，每个功率单元包括顺次连接的整流单元、储能滤波单元及逆变单元；三相低压绕组为整流单元的输入，逆变单元的输出进行级联后，经单相三绕组升压变压器升压后输出；其中，功率单元所采用的器件主要为全控型电力电子器件。本发明专利技术实施例提供的全控型同相供电系统，通过采用全控型电力电子器件实现三相‑单相变换可解决电力系统中的负序、谐波、功率因数、电分相等问题，并可减少电能损失。

【技术实现步骤摘要】
一种全控型同相供电系统
本专利技术实施例涉及电力电子
，具体涉及一种全控型同相供电系统。
技术介绍
目前，我国电气化铁道现役电力机车主要采用“交—直”和“交—直—交”两类车型。电力机车具备的功率大、效率高、过载能力强、加、减速度快、运行速度高、爬坡能力强等优点，使电气化铁道近年来得到了快速发展，然而机车负荷存在的非线性、不对称、冲击性等特点仍给电气化铁道带来了很多问题，比如：电力机车牵引负荷采用单相工频交流供电，破坏了电力系统的对称条件，当三相电力系统向它供电时，系统将会出现大量的负序分量，导致公共电网的三相电压不平衡，危害电网运行安全。为使三相电网各相负荷基本对称、平衡，电气化铁道牵引变电所采取三相进线轮换相序、分相、分段取流的方式，这就导致了27.5kV侧接触网电分相环节的出现。而电分相处是电气化铁路的无电区间，列车通过该区间采用滑行，致使机车受电弓不能连续受流、牵引力损失、列车掉速、不利于高速和重载列车运行。
技术实现思路
为解决现有三相供电系统中的负序、过分相等问题，本专利技术实施例提供一种全控型同相供电系统。本专利技术实施例提供的全控型同相供电系统，包括：三相多绕组分裂电力变压器、变换器模块及单相三绕组升压变压器；所述三相多绕组分裂电力变压器包括三个铁芯柱，每个铁芯柱上布置有预设的n个相同的低压线圈，三个铁芯柱上的低压线圈组成n个三相低压绕组；所述变换器模块包括级联的n个功率单元，每个功率单元包括顺次连接的整流单元、储能滤波单元及逆变单元；所述n个三相低压绕组分别作为n个所述整流单元的输入，经所述整流单元进行三相全控整流后输入所述储能滤波单元，所述储能滤波单元输出的信号经所述逆变单元进行单相全桥逆变后输出；n个所述逆变单元的输出进行级联后，经所述单相三绕组升压变压器升压后输出；其中，所述整流单元和所述逆变单元所采用的器件包括全控型电力电子器件。本专利技术实施例提供的全控型同相供电系统，通过采用全控型电力电子器件实现三相-单相变换可解决电力系统中的负序问题，从而减少了对电力系统的影响；取消电分相，实现列车不掉速；解决电力电子元器件在大容量、高电压同相供电系统的应用问题；同时采用的全控型功率单元可实现制动能量回馈电网，减少电能损失。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的全控型同相供电系统的电路结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的全控型同相供电系统的功率单元的主电路原理图；图3是本专利技术实施例提供的全控型同相供电系统的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1是本专利技术实施例提供的全控型同相供电系统的电路结构示意图。如图1所示，所述全控型同相供电系统包括三相多绕组分裂电力变压器(T1)、变换器模块(M)及单相三绕组升压变压器(T2)；所述三相多绕组分裂电力变压器(T1)包括三个铁芯柱，每个铁芯柱上布置有预设的n个相同的低压线圈，三个铁芯柱上的低压线圈组成n个三相低压绕组；所述变换器模块(M)包括级联的n个功率单元，每个功率单元包括顺次连接的整流单元、储能滤波单元及逆变单元；所述n个三相低压绕组分别作为n个所述整流单元的输入，经所述整流单元进行三相全控整流后输入所述储能滤波单元，所述储能滤波单元输出的信号经所述逆变单元进行单相全桥逆变后输出；n个所述逆变单元的输出进行级联后，经所述单相三绕组升压变压器(T2)升压后输出；其中，所述整流单元和所述逆变单元所采用的器件包括全控型电力电子器件。如图1所示，三相多绕组分裂电力变压器(T1)的原边为输入的三相交流电ABC，N表示三相交流电ABC的中性点。对于三相多绕组分裂电力变压器(T1)的每一相，铁芯柱上绕有n个相同的低压线圈，即三个铁芯柱上分别绕有n个相同的低压线圈，作为副边绕组。每个铁芯柱上的n个相同的低压线圈可以均匀绕制，比如可以间距相同的绕制。每个铁芯柱上的n个低压线圈相同是指线圈的容量、匝数、规格等相同。三个铁芯柱上的低压线圈组成n个三相低压绕组，如图1所示，a1、b1、c1构成第1个三相低压绕组，a2、b2、c2构成第2个三相低压绕组，……，an-1、bn-1、cn-1构成第n-1个三相低压绕组，an、bn、cn构成第n个三相低压绕组，共构成n个低压绕组，绕组分裂运行，均可用于提供三相电。变换器模块(M)包括n个级联的功率单元，每个功率单元包括顺次连接的整流单元、储能滤波单元及逆变单元。如图1所示，整流单元Z1、储能滤波单元L1及逆变单元N1构成第1个功率单元，整流单元Z2、储能滤波单元L2及逆变单元N2构成第2个功率单元，……，整流单元Zn-1、储能滤波单元Ln-1及逆变单元Nn-1构成第n-1个功率单元，整流单元Zn、储能滤波单元Ln及逆变单元Nn构成第n个功率单元。第1个三相低压绕组作为第1个功率单元的整流单元Z1的输入，第2个三相低压绕组作为第2个功率单元的整流单元Z2的输入，……，第n-1个三相低压绕组作为第n-1个功率单元的整流单元Zn-1的输入，第n个三相低压绕组作为第n个功率单元的整流单元Zn的输入。整流单元包括全控型电力电子器件，用于对输入的三相电进行三相全控整流。三相低压绕组的三相电经整流单元整流后，变为直流电，然后经储能滤波装置进行滤波处理后，输入到逆变单元。逆变单元用于对输入的直流电进行单相全桥逆变，转换为单相交流电。n个逆变单元的输出进行级联连接，即将n个逆变单元的输出端串联，进行波形叠加，经级联叠加后的交流电经所述单相三绕组升压变压器升压后输出。单相三绕组升压变压器(T2)的原边输入电压可以为3kV～15kV，次边输出电压可以为2×27.5kV，用于为机车供电。所述全控型电力电子器件包括IGBT、IGCT等器件。本专利技术实施例所提供的全控型同相供电系统的变换器模块实现了三相至单相的对称变换，因此从根本上解决了负序的问题。另外，由于供给机车的是单相交流电，也就不存在相位的转换问题，也即不存在过分相问题，从而完全可以取消过分相，列车不再需要无电运行，解决了无电行使下的行驶速度问题，实现列车不掉速。另外，由于采用全控型电力电子器件，可以使用大电流的场合，并且，由包括全控型电力电子器件的功率单元构成全控型功率单元，可实现制动能量回馈电网，减少电能损失；与传统直接串联输出端电压相比，本专利技术实施例串联逆变输出电压，使得级联电压降低，进而通过传统的升压变压器得到输出电压，适于高电压场合。本专利技术实施例所提供的全控型同相供电系统适用于各种供电系统，比如AT牵引供电系统，结构简单，性能优良。本专利技术实施例通过采用全控型电力电子器件实现三相-单相变换可解决电力系统中的负序问题，从而减少了对电力系统的影响；取消电分相，实现列本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全控型同相供电系统，其特征在于，包括：三相多绕组分裂电力变压器、变换器模块及单相三绕组升压变压器；所述三相多绕组分裂电力变压器包括三个铁芯柱，每个铁芯柱上布置有预设的n个相同的低压线圈，三个铁芯柱上的低压线圈组成n个三相低压绕组；所述变换器模块包括级联的n个功率单元，每个功率单元包括顺次连接的整流单元、储能滤波单元及逆变单元；所述n个三相低压绕组分别作为n个所述整流单元的输入，经所述整流单元进行三相全控整流后输入所述储能滤波单元，所述储能滤波单元输出的信号经所述逆变单元进行单相全桥逆变后输出；n个所述逆变单元的输出进行级联后，经所述单相三绕组升压变压器升压后输出；其中，所述整流单元和所述逆变单元所采用的器件包括全控型电力电子器件。

【技术特征摘要】
1.一种全控型同相供电系统，其特征在于，包括：三相多绕组分裂电力变压器、变换器模块及单相三绕组升压变压器；所述三相多绕组分裂电力变压器包括三个铁芯柱，每个铁芯柱上布置有预设的n个相同的低压线圈，三个铁芯柱上的低压线圈组成n个三相低压绕组；所述变换器模块包括级联的n个功率单元，每个功率单元包括顺次连接的整流单元、储能滤波单元及逆变单元；所述n个三相低压绕组分别作为n个所述整流单元的输入，经所述整流单元进行三相全控整流后输入所述储能滤波单元，所述储能滤波单元输出的信号经所述逆变单元进行单相全桥逆变后输出；n个所述逆变单元的输出进行级联后，经所述单相三绕组升压变压器升压后输出；其中，所述整流单元和所述逆变单元所采用的器件包括全控型电力电子器件。2.根据权利要求1所述的同相供电系统，其特征在于，所述整流单元为三相多电平整流单元，所述逆变单元为单相多电平逆变单元。3.根据权利要求2所述的同相供电系统，其特征在于，所述三相多电平整流单元包括三相三电平整流单元、三相五电平整流单元、三相七电平整流单元及三相九电平整流单元；所述单相多电平逆变单元包括单相三电平逆变单元、单相五电平逆变单元、单相七电平逆变单元及单相九电平逆变单元。4.根据权利要求2所述的同相供电系统，其特征在于，所述单相多电平逆变单元采用载波移相调制。5.根据权利要求2所述的同相供电系统，其特征在于，所述三相多电平整流单元中，IGBT(T1)、IGBT(T2)、IGBT(T3)及IGBT(T4)串联连接，IGBT(T5)、IGBT(T6)、IGBT(T7)及IGBT(T8)串联连接，IGBT(T9)、IGBT(T10)、IGBT(T11)及IGBT(T12)串联连接；IGBT(T1)的发射极与二极管(D1)的阴极连接，IGBT(T3)的发射极与二极管(D2)的阳极连接；IGBT(T5)的发射极与二极管(D3)的阴极连接，IGBT(T7)的发射极与二极管(D4)的阳极连接；IGBT(T9)的发射极与二极管(D5)的阴极连接，IGBT(T11)的发射极与二极管(D6)的阳极连接；所述储能滤波单元中，电容(C1)和电容(C2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：由振忠，韩智玲，马洪亮，董翠霞，白锡彬，赵青，潘磊，王鹏展，邓九鹏，
申请(专利权)人：中铁电气化局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11