[發(fā)明專利]基于平衡變壓器和四端口MMC的貫通同相牽引供電系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010260815.9
• 申請日: 2020-04-03
• 公開（公告）號: CN111446866B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙印軍;李笑倩;林云志;魏應(yīng)冬;李子明;張樹卿;陸超;謝小榮
• 申請（專利權(quán)）人: 中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司;清華大學(xué);中鐵電氣工業(yè)有限公司
• 主分類號: H02M5/42
• 分類號: H02M5/42;B60M1/13;B60M3/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發(fā)明提出的一種基于平衡變壓器和四端口MMC的貫通同相牽引供電系統(tǒng)，由多個(gè)貫通式同相牽引變電所接入相互連通的接觸網(wǎng)組成，各變電所包括兩個(gè)采用三相/兩相平衡接線形式的牽引變壓器T₁和T₂、具有三個(gè)輸入和一個(gè)輸出端口的靜止功率轉(zhuǎn)換器SPC；T₁和T₂的三相原邊端口由斷路器接入同步公共交流電網(wǎng)的三相，T₁和T₂的三相副邊端口分別均接入SPC的三個(gè)輸入端口，SPC的輸出端口接入牽引母線；SPC由k個(gè)四端口模塊化多電平變流器4P?MMC并聯(lián)組成，各4P?MMC均分別包括四相，每相由上下橋臂串聯(lián)組成，各4P?MMC的三相中點(diǎn)分別通過三相斷路器接入SPC的對應(yīng)輸入端口，各4P?MMC的第四相中點(diǎn)分別由斷路器接入SPC的輸出端口。本發(fā)明具有接線簡單、成本低的優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種貫通式同相牽引供電系統(tǒng)、牽引變電所及其功率轉(zhuǎn)換裝置，特別是一種適于三相-單相功率變換的四端口模塊化多電平變流器的貫通同相牽引供電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

鐵路(軌道交通)牽引供電系統(tǒng)是電氣化鐵路和城市軌道交通系統(tǒng)的能源入口，對其運(yùn)行的安全穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。我國高速、重載鐵路以及城際快速軌道交通的牽引供電系統(tǒng)，均采用“單相50Hz交流+單邊供電”制式，每間隔10～30km須設(shè)置“電分相”無電區(qū)，造成行車故障概率大大增加、高鐵旅行速度下降、重載運(yùn)輸效率降低以及機(jī)車“趴窩”等難題。此外，既面臨諸多影響公網(wǎng)的嚴(yán)重電能質(zhì)量問題，還存在牽引機(jī)車再生能量利用不足、牽引變?nèi)萘坷寐实拖隆⑾到y(tǒng)整體可靠性有限等痼疾。現(xiàn)行牽引供電制式的“電分相”始終制約我國電氣化鐵路的安全、可靠、高效、高品質(zhì)運(yùn)行，解決該問題的核心是同相牽引供電技術(shù)。

同相牽引供電技術(shù)可分為準(zhǔn)同相牽引供電技術(shù)、虛擬同相牽引供電技術(shù)和貫通式同相牽引供電技術(shù)三大類。

準(zhǔn)同相牽引供電技術(shù)是一種單邊牽引供電制式，通過在牽引所采用單相牽引變壓器或其他牽引變壓器的單一端口為接觸網(wǎng)供電，同時(shí)配合有源裝置補(bǔ)償牽引所不平衡潮流，如專利1(專利號ZL201611056799.1)提出的一種適用于高速電氣化鐵路的同相牽引供電系統(tǒng)和專利2(專利號201310227591.1)提出的一種單相組合式同相供變電構(gòu)造。準(zhǔn)同相牽引供電技術(shù)取消了牽引所內(nèi)電分相，但由于無法直接控制牽引所母線電壓，取消分區(qū)所電分相會構(gòu)成低壓環(huán)網(wǎng)引起環(huán)流。不得不保留分區(qū)所電分相，使得該技術(shù)不是完全的同相供電技術(shù)，故稱為準(zhǔn)同相牽引供電技術(shù)。

虛擬同相牽引供電技術(shù)利用有源裝置直接控制牽引所和分區(qū)所中電分相無電區(qū)電壓，在不改變既有牽引供電系統(tǒng)供電制式的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)機(jī)車無斷電通過全接觸網(wǎng)電分相，如專利3(專利號ZL201010596433.X)提出的一種牽引網(wǎng)電分相無斷電柔性連接-補(bǔ)償裝置及其方法、專利4(專利號ZL201010597237.4)提出的一種電力機(jī)車無斷電過分相-電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償裝置及其方法和專利5(申請?zhí)?01811313066.0)提出的一種分區(qū)所無斷電柔性電分相設(shè)備及其控制方法。虛擬同相牽引供電技術(shù)較好地解決了機(jī)車通過電分相的問題，但仍屬于單邊牽引供電制式，也繼承了單邊供電制式的缺點(diǎn)，包括：供電能力與供電可靠性受限，短路故障和電能質(zhì)量相互影響；接觸網(wǎng)各段電壓波動(dòng)大，牽引機(jī)車再生能量利用不足、牽引變?nèi)萘坷寐实拖隆⑾到y(tǒng)整體可靠性有限等痼疾。

貫通式同相牽引供電技術(shù)是雙邊牽引供電制式，主要依靠靜止功率轉(zhuǎn)換器的交交變換，實(shí)現(xiàn)三相外部電網(wǎng)與單相牽引電網(wǎng)的功率轉(zhuǎn)換，其基本特點(diǎn)為：

1)完全取消電分相，實(shí)現(xiàn)真正同相供電，機(jī)車在接觸網(wǎng)運(yùn)行全過程無需過分相操作，安全可靠，無速度損失；

2)確保外部電力系統(tǒng)三相系統(tǒng)平衡，無需動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，諧波達(dá)標(biāo)；

3)三相電網(wǎng)與牽引系統(tǒng)完全解耦，幾乎互不影響、電網(wǎng)故障穿越能力強(qiáng)；

4)牽引變壓器容量利用率高，牽引所固定容量和運(yùn)行費(fèi)用降低；