[發明專利]用于電氣化鐵路牽引供電系統同相供電的電子牽引變壓器

在審

• 申請號: 201210091881.3
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN105262141A
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發明（設計）人: 鄧云川;周建;高宏;林宗良;潘英;宋兵;許曉蓉;智慧;李良威
• 申請（專利權）人: 中鐵二院工程集團有限責任公司
• 主分類號: H02J3/40
• 分類號: H02J3/40
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所(普通合伙) 51215
• 代理人: 王建國

技術領域

本發明涉及電氣化鐵路牽引供電系統，特別涉及一種用于電氣化鐵路牽引供電系統同相供電的電子牽引變壓器。

背景技術

電力牽引由于具有高效率、低能耗、無污染等優勢，在世界各國鐵路中得到廣泛應用，我國電氣化鐵路采用單相工頻(50Hz)交流27.5kV供電制式。牽引網采用單相供電方式，導致供電系統三相負荷不平衡，產生對電力系統的負序影響；電力機車采用交流柔性供電技術，導致供電系統電流、電壓波形畸變，產生對電力系統的諧波影響；傳統電力機車采用直流牽引電機技術，導致供電系統功率因數低，產生無功功率問題；此外，由于牽引負荷隨線路坡度、運輸組織、列車運行工況等不同而變化，導致電力系統電壓波動較為劇烈。隨著電力工業的發展、技術的不斷進步，人們對電氣化鐵路引起的電能質量問題越來越關注，也形成了諸多解決電氣化鐵路電能質量問題的技術和方案，但是由于電氣化鐵路電能質量問題涉及負序、諧波、無功功率、電壓波動等諸多方面，目前的技術和方案僅針對其中的一項或幾項，具有一定的局限性。

我國鐵路牽引供電系統采用同相單邊供電方式，牽引變電所兩側供電臂通常由牽引變壓器不同相位電壓供電，為保證兩側供電臂接觸網間絕緣，需在兩側供電臂間設置絕緣分段裝置——電分相。列車通過電分相時，將短時失去電能動力，從而降低了列車線路通過能力，導致列車運行速度損失，為了徹底解決電分相裝置對鐵路系統的不利影響，提出采用同相供電方式：即在牽引變電所27.5kV側設置大功率電力電子變換裝置，將牽引變電壓器輸出的不同相位電壓變換為相同相位的同相電壓、輸出供接觸網，由于牽引變電所兩側供電臂為同相電壓供電，因此可取消該處電分相裝置，同時，利用電壓變換過程中，對電量幅值、相位的控制，解決無功功率、負序和電壓波動等電能質量問題，但同相供電由于電力電子器件開關頻率和損耗問題，對于諧波的解決效果并不理想。目前，我國首套裝置現正在成昆線眉山牽引變電所試運行。

隨著電力電子技術和材料技術的發展，出現了新型變壓器一電子電力變壓器，該變壓器由高頻變壓器和電力電子變換器兩項核心器件構成，電力電子變換器將輸入的工頻交流電能轉換為高頻交流電能提供高頻變壓器一次輸入，高頻變壓器二次輸出電能與電力電子變換器連接，將輸出的高頻交流電能轉換為工頻交流電能，供電力負載。電子電力變壓器在實現傳統變壓器電壓變換功能的同時，完成電量變頻、變相等功能。電子電力變壓器具有如下特點：(1)體積小、重量輕、無環境污染；(2)可對電能質量進行調節，控制系統潮流；(3)具有斷路器的功能；(4)含有智能控制單元，便于實現電網的數字化和智能化。目前，電子電力變壓器在國外有少量的研究應用，國內研究尚處于起步階段。該技術應用于電氣化鐵道，需采用適合電氣化鐵道應用的高頻牽引變壓器及相關電力電子變換器等，形成應用于電氣化鐵道的新型電子電力變壓器一電子牽引變壓器。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種用于電氣化鐵路牽引供電系統同相供電的電子牽引變壓器，采用電子牽引變壓器技術實現牽引供電系統同相供電，徹底解決電氣化鐵路電能質量問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明的用于電氣化鐵路牽引供電系統同相供電的電子牽引變壓器，其特征是：它包括一次電子電力變壓器、高頻牽引變壓器和二次電子電力變壓器，輸入的三相工頻交流電源，經過一次電子電力變壓器，輸出為三相高頻交流電，該三相高頻交流作為高頻牽引變壓器的一次側輸入，在高頻牽引變壓器的二次側產生兩相低壓高頻交流電，該兩相低壓高頻交流電經過二次電子電力變壓器，輸出為兩相相位相等的工頻交流電源供牽引負載。

本發明的有益效果是，電子牽引變壓器由高頻牽引變壓器和電子電力變壓器構成，利用高頻牽引變壓器體積小、重量輕、含智能控制單元的特點，減少牽引變電所場坪面積，結合數字化牽引變電所技術，對高頻牽引變壓器進行智能化控制，利用高頻牽引變壓器一次和二次側連接的電力電子變換器對電流、電壓波形、頻率和幅值進行控制，解決電氣化鐵道負序、諧波、無功功率、電壓波動等電能質量問題，并控制輸出供牽引變電所出口端兩側供電臂電壓相位相同，從而在徹底解決電氣化鐵路電能質量問題的同時，實現同相供電。

附圖說明

本說明書包括如下一幅附圖：

圖1是本發明用于電氣化鐵路牽引供電系統同相供電的電子牽引變壓器的結構示意圖。

圖中部件及編號：一次電子電力變壓器10、高頻牽引變壓器20、二次電子電力變壓器30。

具體實施方式