[發明專利]一種模塊級聯式能饋型牽引供電裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201610097931.7
• 申請日: 2016-02-23
• 公開（公告）號: CN105584386B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 李錦;仇志凌;胡磊磊;劉定坤;芮國強;葛文海
• 申請（專利權）人: 南京亞派科技股份有限公司
• 主分類號: B60M3/00
• 分類號: B60M3/00;B60M3/06;H02J3/38;H02J3/18
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務所32205
• 代理人: 華德明

1.一種模塊級聯式能饋型牽引供電裝置，其特征是：包括三個單相級聯雙向流動變流器；每個單相級聯雙向變流器包括n個級聯的變流模組；

所述變流模組包含三個H橋變流器H1、H2、H3及一個單相高頻變壓器；所述H橋變流器對外的電氣端子包括兩個直流端子和兩個交流端子；H1的直流端子連接直流母線，交流端子連接單相高頻變壓器的原邊，單相高頻變壓器的副邊連接H2的交流端子，組成隔離型雙有源橋DAB變流器；H3的直流端子連接H2的直流端子，交流端子與相鄰組的H3的交流端子串聯；

ｎ個H1的直流端子并聯后形成對應的單相級聯雙向變流器的正負直流母線端，正負直流母線端分別通過直流開關柜和負極柜連接到直流牽引接觸網和鋼軌；ｎ個H3的交流端子串聯后形成對應的單相級聯雙向變流器的正負交流母線端，正交流母線端通過并網電抗器和高壓開關柜接入到電網，負交流母線端與另外兩個單相級聯雙向變流器的負端短接形成中性點。

2.根據權利要求１所述的一種模塊級聯式能饋型牽引供電裝置，其特征是：所述單相高頻變壓器包括兩繞組變壓器，所述繞組變壓器的磁芯采用高頻磁芯。

3.根據權利要求１或2所述的一種模塊級聯式能饋型牽引供電裝置，其特征是：所述H橋變流器包括四個電力電子開關器件及直流電容，每兩個電力電子開關器件串聯后與直流電容并聯，串聯的電力電子開關器件之間引出H橋變流器的兩個交流端子，直流電容的兩端引出H橋變流器的兩個直流端子。

4.采用權利要求１至2所述的任意一項所述的一種模塊級聯式能饋型牽引供電裝置的控制方法，其特征是：當能饋型牽引供電裝置工作在牽引整流/回饋逆變工作模式時，采用電壓外環和電流內環的雙閉環控制；裝置實時檢測牽引網直流母線電壓，通過直流母線電壓控制閉環來實時控制單相級聯雙向變流器與電網的能量交換；當車輛牽引啟動時牽引網直流母線電壓被拉低，單相級聯雙向變流器從電網獲取能量引起裝置內部直流母線電壓上升，同時隔離型雙有源橋DAB變流器將裝置內部直流母線能量注入直流牽引網，在裝置容量內保持牽引網直流母線電壓和裝置內部直流母線電壓的穩定；當車輛制動再生制動時，再生能量使得直流母線電壓升高，單相級聯雙向變流器向電網注入有功功率引起裝置內部直流母線電壓下降，同時隔離型雙有源橋DAB變流器從直流牽引電網獲得能量注入裝置內部直流母線，維持牽引網直流母線電壓和裝置內部直流母線電壓的穩定。

5.根據權利要求4所述的一種模塊級聯式能饋型牽引供電裝置的控制方法，其特征是：所述電壓外環和電流內環的雙閉環控制包括以下步驟：

１）在控制端設置外環控制的參考電壓Vdcref；

２）實時監測外環控制中牽引網直流母線電壓Vdc，將其作為反饋電壓值與外環參考電壓值Vdcref進行比較，得出兩者的差值；當Vdcref-Vdc＞0時，輸出回饋逆變指令信號；當Vdcref-Vdc＜0時，輸出牽引整流指令信號；

3）將步驟2）的輸出作為內環電流控制的控制指令輸入PI調節器，得到內環控制d軸的有功參考電流Idref，同時根據需要無功補償的大小得到q軸的無功參考電流Iqref；

4）對三相交流側輸出的電流I進行實時監測，并將其轉換到dq坐標下，形成有功電流Id和無功電流Iq；

5）將Id作為反饋值、Idref作為參考值，輸入PI調節器；需要無功補償時，將Iq作為反饋值、Iqref作為參考值，輸入PI調節器；結合有功無功的輸出，在dq坐標下，得到調節值；

6）將dq坐標下的調節值轉換到abc坐標下分別得出a、b、c三相的調節值，進行pwm調制，得到H橋級聯變流器脈沖分配信號。

6.根據權利要求4所述的一種模塊級聯式能饋型牽引供電裝置的控制方法，其特征是：當能饋型牽引供電裝置在無功補償模式時，采用無功功率外環和電流內環的雙閉環控制。

7.根據權利要求6所述的一種模塊級聯式能饋型牽引供電裝置的控制方法，其特征是：所述無功功率外環和電流內環的雙閉環控制包括以下步驟：

1）在控制端設置外環控制的無功功率參考值Qref；

2）實時監測外環控制中牽引網直流母線的無功功率實際值Qout，將其作為反饋電壓值與外環控制的無功功率參考值Qref進行比較，得出兩者的差值；當Qref-Qout＞0時，無需無功補償；當Qref-Qout＜0時，輸出無功補償控制指令給內環電流控制；

3）將步驟2）的輸出作為內環電流控制的控制指令輸入PI調節器，得到內環控制d軸的有功參考電流Idref，同時根據需要無功補償的大小得到q軸的無功參考電流Iqref；

4）對三相交流側輸出的電流I進行實時監測，并將其轉換到dq坐標下，形成有功電流Id和無功電流Iq；

5）將Id作為反饋值、Idref作為參考值，輸入PI調節器；需要無功補償時，將Iq作為反饋值、Iqref作為參考值，輸入PI調節器；結合有功無功的輸出，在dq坐標下，得到調節值；

6）將dq坐標下的調節值轉換到abc坐標下分別得出a、b、c三相的調節值，進行pwm調制，得到H橋級聯變流器脈沖分配信號。