[發明專利]一種基于模塊化級聯H橋的有源補償同相供電系統

有效

• 申請號: 201510234029.0
• 申請日: 2015-05-11
• 公開（公告）號: CN104852387B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 黃小紅;李群湛;解紹鋒;舒澤亮;楊乃琪;羅成
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/01;H02G7/16
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明涉及一種基于模塊化級聯H橋的有源補償同相供電系統，特別涉及交流電氣化鐵路和電力電子技術領域。

背景技術

基于有源補償技術的電氣化鐵路同相供電系統是一種較為理想的供電方案，它克服了無源補償在高頻諧振、動態性及靈活性等方面的不足，有效地解決了電分相問題，實現了負序、諧波和無功的綜合補償。受電力電子器件單管電壓等級和容量的限制，目前有源補償裝置往往需要借助于中間變壓器得以實現。因為電氣化鐵道牽引網最高電壓可達31kV,而目前牽引變流器的功率開關器件最高電壓等級為6.5kV，并且器件價格隨電壓等級升高呈非線性增加。然而，中間變壓器的使用是以升高電流換取較低電壓的做法，對有源補償裝置的容量并無裨益。這樣反而增加了變壓器投資和系統損耗，占地面積和設備散熱也隨之而來，給工程實施帶來諸多不便，特別是既有線改造場地受限時更為明顯。

通過將多個模塊化H橋進行級聯，可適應更高的電壓等級和容量要求，再加之模塊化程度高，易于擴展，諧波特性優秀、開關器件損耗小等特點，可適用于電氣化鐵路27.5kV電壓等級而取消中間變壓器環節，補償裝置的過載能力也能得以改善。

本發明提出一種基于模塊化級聯H橋的有源補償同相供電系統，實現三相－兩相牽引變電所兩牽引臂供電到單牽引臂供電的轉換，主要用于交流電氣化鐵路供電場合，亦可用于其它無功、諧波補償場合。

發明內容

本發明的目的就是提供一種基于模塊化級聯H橋的有源補償同相供電系統，取消電分相，實現負序、諧波和無功的綜合治理，主要用于交流電氣化鐵路供電場合，亦可用于其它無功、諧波補償場合。

本發明解決其技術問題，所采用的技術方案為：一種基于模塊化級聯H橋的同相供電系統,其特征在于，主要由牽引變壓器和級聯H橋有源補償裝置組成，其中，牽引變壓器原邊接于三相電網，次邊形成兩個牽引側α和β；級聯H橋有源補償裝置由三個級聯H橋臂構成“∏”型結構，記“∏”結構上方一橋臂為橫臂，另兩橋臂為縱臂；即：橫臂跨接在牽引變壓器次邊兩牽引側α和β之間，牽引變壓器次邊兩牽引側α和β分別與“∏”結構的左右兩縱臂并聯后再由牽引側之一α(或β)接于牽引母線，轉變兩側供電為單側供電，即同相供電，以實現負序、無功、諧波的補償；每個級聯H橋臂均由結構相同的H橋模塊SM與電感L串聯而成；H橋模塊SM為二電平單相全橋結構，由四個可控開關和一個直流儲能電容構成，可控開關由IGBT與反向二極管并聯而成；三個橋臂分別直掛于交流系統，縱臂承受單相交流電壓，橫臂承受兩牽引側電壓差值；橋臂交流電壓由SM的直流電容電壓U_c組合得到，并由電感L上的電壓加以彌補。

本發明的工作原理是：

1，當牽引母線接于牽引變壓器次邊牽引側α時，α側向牽引母線提供(吸收，系再生制動工況)主要功率，剩余功率由β側通過“∏”型有源補償裝置提供(吸收)，總的負序、無功和諧波標準在國標要求范圍內。當牽引母線接于β側時，情況亦然。當兩牽引側電壓相位角相差120度時，稱為120度按線，三個級聯H橋臂承受的交流電壓相等，SM子模塊數相等。當兩牽引側電壓相位角相差90度時，稱為90度接線，橫臂承受電壓為縱臂電壓的倍，SM子模塊數目也為縱臂的倍，接有牽引母線的牽引側僅提供(吸收)有功功率，剩余的有功和全部無功均通過“∏”型有源補償裝置提供(吸收)。各個級聯H橋臂結構上彼此獨立，無相互耦合聯系。由于無共同直流環節，屬交－交型變換能量傳遞系統。通過控制各個級聯H橋臂可實現負序、無功、諧波的補償。當需要進行牽引網防融冰時，只需要牽引母線側的橋臂產生相應大小的防融冰電流即可。

2，對于已采用大功率交直交型電力機車或動車組的高速和重載鐵路，其負荷的功率因數接近于1，可忽略無功功率。在這種情況下，對于120度接線牽引變壓器，級聯H橋有源補償裝置可省去一個縱臂，變成兩橋臂“Г”型結構，兩牽引側與有源補償裝置聯結形式為：橫臂跨接在牽引變壓器次邊兩牽引側α和β之間，縱臂與牽引變壓器次邊牽引側之一α(或β)并聯后由另一牽引側β(或α)接于牽引母線；對于90度接線牽引牽引變壓器，級聯H橋有源補償裝置省去橫臂，變成兩橋臂“II”型結構，兩牽引側與有源補償裝置聯結形式為：牽引變壓器次邊兩牽引側α和β分別與“II”結構的左右兩縱臂并聯，而此時牽引母線接于原“∏”結構橫臂所在位置，即牽引母線正負端鈕跨接在牽引變壓器次邊兩牽引側α和β之間。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：