一种交直交型机车及其牵引供电系统技术方案

本发明专利技术涉及一种交直交型机车及其牵引供电系统，其特征在于，包括：一牵引变电站模拟模块、一牵引供电网线路模拟模块、一交直交电力机车模拟模块、一控制模块；其中，牵引变电站模拟模块、牵引供电网线路模拟模块、交直交电力机车模拟模块以及控制模块依次连接，所述牵引变电站模拟模块与电网连接。因此，本发明专利技术具有如下优点：满足了对于高速铁路机车负荷特性研究的模型需求，为解决高速铁路机车负荷对于电网电能质量的不利影响，改善电网电能质量提供了使用而有效的工具。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种交直交型机车及其牵引供电系统，其特征在于，包括：一牵引变电站模拟模块、一牵引供电网线路模拟模块、一交直交电力机车模拟模块、一控制模块；其中，牵引变电站模拟模块、牵引供电网线路模拟模块、交直交电力机车模拟模块以及控制模块依次连接，所述牵引变电站模拟模块与电网连接。因此，本专利技术具有如下优点：满足了对于高速铁路机车负荷特性研究的模型需求，为解决高速铁路机车负荷对于电网电能质量的不利影响，改善电网电能质量提供了使用而有效的工具。【专利说明】—种交直交型机车及其牵引供电系统
本专利技术涉及一种机车及其牵引供电系统，尤其是涉及一种交直交型机车及其牵引供电系统。
技术介绍
高速铁路的快速发展，引入了大量含整流器等电力电子器件的负荷，由此给系统带来了大量谐波源，加上机车运行状况的复杂性，进而会对电网产生大量复杂干扰。此外，由于电能变换装置如整流器与逆变器的组成元件对于电能质量的要求较高，因此需要对高速铁路机车负荷对于电网电能质量的影响作相应研究。传统仿真软件对于电铁负荷没有可用算例，并且其精细程度不足，缺乏对电铁负荷特性研究的实用工具。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种满足了对于高速铁路机车负荷特性研究的模型需求，为解决高速铁路机车负荷对于电网电能质量的不利影响，改善电网电能质量提供了 使用而有效的工具的一种交直交型机车及其牵引供电系统。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的: 一种交直交型机车及其牵引供电系统，其特征在于，包括: 一牵引变电站模拟模块:采用高速铁路上运用广泛的V/x结线； 一牵引供电网线路模拟模块:采用高速铁路上运用广泛的AT供电方式； 一交直交电力机车模拟模块:该模拟模炔基本上可以分为整流和逆变两个部分，其中出于对研究对象以及仿真优化的考虑将逆变部分进行简化； 一控制模块:对于整流与逆变部分中间支撑电容电压以及输入电流电压功率因数具有调整作用的闭环控制系统以及维持中点电压平衡。其中，牵引变电站模拟模块、牵引供电网线路模拟模块、交直交电力机车模拟模块以及控制模块依次连接，所述牵引变电站模拟模块与电网连接。在上的一种交直交型机车及其牵引供电系统，所述牵引变电站模拟模块的具体工作步骤是:按照实际V/x牵引变压器接线构造模型，简化变电站中的测量以及保护元件，将由电网取得的三相交流电变为单相交流电输入牵引供电系统。在上的一种交直交型机车及其牵引供电系统，所述牵引供电网线路模拟模块的具体工作步骤是:采用AT供电方式，模拟在牵引变电站引出的单相交流电经过的输电线路上每隔一段距离添加自耦变压器吸流的原理构成供电回路，为电流流向负荷以及流回牵引变电站提供通道。在上的一种交直交型机车及其牵引供电系统，所述交直交电力机车模拟模块的具体工作步骤是:模拟交直交机车负荷，从牵引供电系统取得27.5kV单相交流电，通过车载变压器降压至1.5kV，再通过整流器得到直流电，之后输入通过合理简化得到的逆变器与负荷等效的阻抗，模拟出实际机车对于电网电能质量的影响。在上的一种交直交型机车及其牵引供电系统，所述控制模块的具体工作步骤是:通过闭环控制系统，给定适合的整流器的绝缘栅双极型晶体管的触发电压，使中间电容总电压保持在需要的给定值，同时每个中间电容两端电压相同，以模拟出实际机车的控制情况。因此，本专利技术具有如下优点:满足了对于高速铁路机车负荷特性研究的模型需求，为解决高速铁路机车负荷对于电网电能质量的不利影响，改善电网电能质量提供了使用而有效的工具。【专利附图】【附图说明】附图1是本专利技术的一种结构原理示意图。【具体实施方式】下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例: 首先，介绍一下本系统的具体结构原理: 本专利技术在充分保证实用性的前提下，以交直交电力机车及其牵引供电系统的结构与原理为基础，以PSCAD平台建立了简化的交直交电力机车模型: (1)建立牵引变电站模型，采用高速铁路上运用广泛的V/x结线； (2)建立牵引供电网线路模型，采用高速铁路上运用广泛的AT供电方式； (3)建立交直交电力机车模型。该模型基本上可以分为整流和逆变两个部分，其中出于对研究对象以及仿真优化的考虑将逆变部分进行简化； (4)建立对于整流与逆变部分中间支撑电容电压以及输入电流电压功率因数具有调整作用的闭环控制系统以及维持中点电压平衡的控制模块。模型采用国际上流行的PSCAD/EMTDC软件搭建，并且在建立过程中采用分模块建立的方式，使用方便，可用于对高速铁路机车负荷特性的研究，也可以与其他PSCAD中较为成熟的模块如风电场模块等联合仿真，为研究其与电网的相互作用提供有效工具。下面，是采用上述结构的具体一个实施例: 结合图1说明模型的结构与功能:1.2V/X结线牵引变电站、1.3AT供电线路、1.4交直交机车模型、1.5控制系统模型共同组成了本模型即交直交型机车及其牵引供电系统实用模型。220kV三相交流电由1.1电网进入1.2 V/x结线牵引变电站，由于V/x结线变压器的特殊结构转变为25kv单相交流电输出到1.3AT供电线路。高速铁路普遍使用1.3AT供电线路即自耦变压器供电方式，具体而言，就是每隔IOkm左右在接触网与正馈线之间并入一台自耦变压器其中点与钢轨相接。AT供电方式有其独特之处——电压损失小、电能损耗低、供电能力大、供电距离长以及工程投资低，因此适合作为需要高功率输出的高速铁路的供电方式。经过1.3AT供电线路单相交流电接入1.4交直交机车模型，经过车载变压器降压至1.5kV接入单相三电平PWM整流器为其后简化负荷提供功率。由于实际交直交机车逆变部分与负荷可以看作一个整体进行控制，并且采用了三电平电压空间矢量调制的方法，仿真时会占用大量资源，故为优化设计，将负荷部分用等效阻抗代替，理论上不会对仿真结果有决定性影响，能够保证模型的实用性。因此，1.5控制系统模型中不包括机车速度控制器，而是用改变整流器与逆变器中间电容电压与等效阻抗的方法来模拟功率输出。1.5控制系统模型中包含两大模块——瞬态直接电流控制模块与中点电位平衡控制模块。直接电流控制是通过直接控制网侧电流，使其跟踪给定电流信号。在这种控制方法中，首先通过运算求出网侧电流给定值，再引入网侧电流的反馈，最后通过直接控制网侧电流使其跟踪给定电流值。而根据给定电流的计算方法的不同，该方法又分为瞬态电流控制和预测电流控制等。目前高速铁路采用较多的是瞬态直接电流控制，该策略实现简单、直流侧电压纹波小、动态响应好等优点。控制的目标在于中间支撑电容电压以及输入电流电压功率因数。1.4交直交机车模型中单相PWM整流器与简化负荷之间有由两个串联起来再与简化负荷并联的支撑电容，其作用是稳定输出电压，由此产生了一个两个电容电压保持相当，以防止中点电位漂移而影响逆变器运行性能的问题，即中点电位平衡的问题。为此加入中点电位平衡控制模块，主体思路是在保证电压相同的前提下改变电容充放电过程，在特定的产生电位偏移的开关模式时进行调整，改变充放电过程,使中点电位恢复平衡。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本专利技术精神作举例说明。本专利技术所属
的技术人员可以对所描述的具体实施例做本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，周柯，刘路，金庆忍，孙志媛，刘会金，曹玉顺，邓俊杰，时庆，
申请(专利权)人：广西电网公司电力科学研究院，武汉大学，
类型：发明
国别省市：