[發(fā)明專(zhuān)利]基于模塊化多電平換流器的雙流制牽引供電系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410070855.1
• 申請(qǐng)日: 2014-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103895534A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龔芬;黃燕艷;周方圓;吳強(qiáng);羅仁俊;王衛(wèi)安;沈輝;龍禮蘭;張定華;邱文俊;張敏;吳明水;朱建波;蔡蔚
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 株洲變流技術(shù)國(guó)家工程研究中心有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B60M3/00
• 分類(lèi)號(hào): B60M3/00;H02M1/10
• 代理公司: 湖南兆弘專(zhuān)利事務(wù)所 43008
• 代理人: 趙洪;周長(zhǎng)清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及到電力牽引技術(shù)的供電領(lǐng)域，特指一種基于模塊化多電平換流器的雙流制牽引供電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

我國(guó)電力牽引以其高效、快捷、節(jié)能的特點(diǎn)正更加廣泛地應(yīng)用于鐵路、城市軌道交通領(lǐng)域。利用新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，加快鐵路電氣化改造進(jìn)程，兼顧地鐵建設(shè)，要成網(wǎng)、成片考慮，以充分發(fā)揮電力牽引拉得多、跑得快的潛力，并較大幅度提高國(guó)有資源的利用率已成為當(dāng)今行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。

我國(guó)電氣化鐵道、城市軌道交通所使用的電能均由國(guó)家電力部門(mén)發(fā)電廠供給，為了減少輸電過(guò)程中的電能損失，把電壓升至110?kV或220?kV（正在向500?kV超高壓輸電方向發(fā)展）以后，再通過(guò)輸電線路送到牽引變電所，再經(jīng)過(guò)牽引變壓器直接給電力機(jī)車(chē)接觸網(wǎng)供電；由于電壓等級(jí)和電流制的不同，電力機(jī)車(chē)牽引供電系統(tǒng)和城市軌道交通車(chē)輛牽引供電系統(tǒng)大都采用各自獨(dú)立的單制式供電：鐵路電力機(jī)車(chē)為27.5kV工頻單相交流電，地鐵、輕軌采用1500V/750V直流電。

傳統(tǒng)的交流牽引供電系統(tǒng)通常由三相的高壓交流電通過(guò)輸電線路送到牽引變電所，再經(jīng)過(guò)牽引變壓器直接給機(jī)車(chē)接觸網(wǎng)供電，高壓交流輸電距離長(zhǎng)，存在輸電損耗大、對(duì)系統(tǒng)存在一定的充電無(wú)功、牽引變壓器設(shè)計(jì)復(fù)雜、機(jī)車(chē)過(guò)分相以及因電氣化鐵道產(chǎn)生的負(fù)序和高次諧波。等多種不良問(wèn)題；對(duì)于DC1500V/750V系統(tǒng)，由于采用的大功率整流電路作為列車(chē)牽引動(dòng)力以及大量中高壓長(zhǎng)距離電纜導(dǎo)致充電無(wú)功較大等因素，因功率因數(shù)過(guò)低而額外支付大量功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)的現(xiàn)象日漸突出。

牽引變壓器的種類(lèi)較多，較常用的有：?jiǎn)蜗郪/V結(jié)線變壓器、三相Yn/d11雙繞組變壓器以及斯科特結(jié)線變壓器等。其中，單相V/V結(jié)線變壓器的主結(jié)線較簡(jiǎn)單，設(shè)備較少，投資較省，但當(dāng)一臺(tái)牽引變壓器故障時(shí)，另一臺(tái)必須跨相供電，即兼供左右兩邊供電臂的牽引網(wǎng)，此時(shí)需一個(gè)倒閘過(guò)程，且隨之增大對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響。三相Yn/d11雙繞組變壓器在我國(guó)采用時(shí)間長(zhǎng)，制造相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但牽引變壓器容量不能得到充分利用，主接線也相對(duì)度復(fù)雜，工程投資也較多。斯科特結(jié)線變壓器可實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)兩邊供電，在一定條件下?tīng)恳儔浩魅萘靠扇坷茫坏圃祀y度較大，造價(jià)高，主接線復(fù)雜，且其原邊T接地電位隨負(fù)載變化而產(chǎn)生漂移，嚴(yán)重時(shí)可能引起電力系統(tǒng)零序電流繼電保護(hù)誤動(dòng)作，對(duì)鄰邊平行通信線產(chǎn)生干擾。

對(duì)于城軌直流牽引供電系統(tǒng)，整流機(jī)組的存在加大了牽引變電所的復(fù)雜性。直流牽引電動(dòng)機(jī)額定電壓受到換向條件限制不能太高，即牽引網(wǎng)電壓很難進(jìn)一步提高，這就要求牽引網(wǎng)輸送大量電流來(lái)供應(yīng)城軌車(chē)輛。牽引電流的增大也就加大了接觸網(wǎng)導(dǎo)線截面，此時(shí)應(yīng)選取適應(yīng)較大電流的接觸線和承力索，牽引網(wǎng)電壓損失和電能損失相應(yīng)增大。

有從業(yè)者提出一種電力機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛雙制式牽引供電系統(tǒng)，在比較分析牽引變壓器利用率、造價(jià)以及對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)序影響等因素基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種交流牽引采用YN，d11結(jié)線的牽引變電所，利用交流備用10kV電源建立直流牽引站的雙制式牽引供電方案，諧波影響小，投資成本較低。但整流機(jī)組的存在加大了牽引變電所的復(fù)雜性，裝置輸出特性影響直流牽引供電系統(tǒng)的可靠性。另外，直流牽引電動(dòng)機(jī)額定電壓受到換向條件限制不能太高，即牽引網(wǎng)電壓很難進(jìn)一步提高，這就要求牽引網(wǎng)輸送大量電流來(lái)供應(yīng)城軌車(chē)輛，這就會(huì)受限于備用電源容量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種功能集成度高、適用范圍廣、安全性好、供電可靠性好的基于模塊化多電平換流器的雙流制牽引供電系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于模塊化多電平換流器的雙流制牽引供電系統(tǒng)，包括降壓變壓器、高壓MMC整流電路、逆變電路和降壓斬波電路，所述降壓變壓器的輸入端與三相交流相連，所述降壓變壓器的輸出端與高壓MMC整流電路相連，所述高壓MMC整流電路的輸出端連接有直流輸電電纜；所述降壓斬波電路的輸入端通過(guò)第二開(kāi)關(guān)組件與直流輸電電纜相連，所述降壓斬波電路的輸出端通過(guò)第四開(kāi)關(guān)組件與牽引系統(tǒng)相連；所述逆變電路的輸入端通過(guò)第三開(kāi)關(guān)組件與直流輸電電纜相連，所述逆變回路的輸出端通過(guò)第五開(kāi)關(guān)組件與牽引系統(tǒng)相連；所述第四開(kāi)關(guān)組件與第三開(kāi)關(guān)組件、第五開(kāi)關(guān)組件為互鎖關(guān)系。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述降壓變壓器為用來(lái)將三相交流110kV/220kV/500kV降壓成實(shí)際所需電壓等級(jí)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：當(dāng)?shù)罔F/輕軌運(yùn)行時(shí)，第四開(kāi)關(guān)組件閉合，第三開(kāi)關(guān)組件、第五開(kāi)關(guān)組件斷開(kāi)；當(dāng)電力機(jī)車(chē)運(yùn)行時(shí)，第三開(kāi)關(guān)組件和第五開(kāi)關(guān)組件閉合，第四開(kāi)關(guān)組件斷開(kāi)。