[發明專利]一種混合型地鐵牽引雙向供電裝置

在審

• 申請號: 202110661796.5
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113328650A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 芮國強;仇志凌;胡磊磊;張勇;劉蘇成;李曉天;宋浩
• 申請（專利權）人: 南京亞派科技股份有限公司
• 主分類號: H02M7/81
• 分類號: H02M7/81;H02M7/797;H02M7/08;H02M1/12;H02J3/01;H02J3/38
• 代理公司: 南京源古知識產權代理事務所(普通合伙) 32300
• 代理人: 鄭宜梅

本發明公開了一種混合型地鐵牽引雙向供電裝置，包括第一雙向變流器、第二雙向變流器、第一二極管整流橋、第二二極管整流橋、副邊多繞組升壓變壓器；第一雙向變流器、第二雙向變流器、第一二極管整流橋、第二二極管整流橋的直流側均與直流電網相連；副邊多繞組升壓變壓器設置四個低壓繞組，則第一雙向變流器、第二雙向變流器、第一二極管整流橋、第二二極管整流橋的交流側均連接至副邊多繞組升壓變壓器對應的其中的一個低壓繞組；升壓變壓器高壓繞組連接至中壓電網。本發明采用雙向變流器和二極管整流器的混合的地鐵牽引雙向供電裝置，能夠在成本增加不多的條件下提供三倍過載能力，保證牽引系統供電可靠性。

技術領域

本發明涉及城市軌道交通供電系統技術領域，具體涉及一種混合型地鐵牽引雙向供電裝置。

背景技術

近幾年來我國城市軌道交通發展非常迅速，為了響應國家節能減排政策，國內地鐵牽引供電系統逐步推廣二極管整流機組+再生制動能量回饋裝置模式來實現降低能耗的目的。但二極管整流機組輸出直流牽引網電壓隨負載增加會出現較大跌落，導致供電距離較短，需要增加牽引供電站數量，提高了地鐵建設成本。同時，加入的再生制動能量回饋裝置進一步增加了整套牽引供電系統的復雜性和占地面積，提高了整體建設和運維成本。

隨著大功率電力電子變流技術的發展，集整流牽引供電和逆變能量回饋功能于一身的雙向變流裝置逐漸在地鐵里得到了應用。國內若干企業對地鐵雙向變流裝置進行了有益的研究和探索。現有技術1徐州中礦大傳動與自動化有限公司的專利《軌道交通雙向變流柜》（申請號：201710039531.5）、現有技術2南京亞派科技股份有限公司的專利《基于模塊化ANPC三電平逆變器的地鐵雙向變流裝置》（申請號：202010674809.8）兩篇專利比較具有代表性。

在電路結構上，現有技術申請號為：CN201710039531.5，公開了一種軌道交通雙向變流柜，其采用四臺二極管中點鉗位（NPC）三電平逆變器交、直流側直接并聯，取消了交流濾波電感，采用高阻抗變壓器的漏感對開關紋波進行濾波。該方案的優點是三電平逆變器開關紋波小、損耗低、開關頻率高，但NPC三電平逆變器在整流工況下存在長換流回路，IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）關斷電壓尖峰較高，影響裝置可靠性。其次，取消濾波電感雖然可以減小雙向變流柜尺寸，但采用的高阻抗變壓器尺寸、噪音均較大，并且四臺NPC三電平逆變器之間存在電流分配不均的隱患。

現有技術申請號為：CN202021377570.X，公開了一種基于模塊化ANPC三電平逆變器的地鐵雙向變流裝置，采用若干臺模塊化有源中點鉗位（ANPC）三電平逆變器交流側串聯濾波電感，然后連接到兩套獨立變壓器繞組的電路結構。該方案的優點是ANPC三電平逆變器消除了NPC三電平逆變器在整流工況下的長換流回路，有效減小了IGBT關斷電壓尖峰，提升裝置可靠性。并且，兩套獨立變壓器繞組實現了兩臺逆變器交流側隔離，能夠采用載波移相控制減小輸出開關紋波，提升電流波形質量。

綜上，上述兩種現有技術都是基于IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的雙向變流器，但IGBT器件過載能力有限且價格較貴，通常能夠實現兩倍短時過載，但面對三倍過載的極端工況需要付出較大的成本代價。

發明內容

1.所要解決的技術問題：

針對上述技術問題，本發明提供一種混合型地鐵牽引雙向供電裝置，采用雙向變流器和二極管整流器的混合的地鐵牽引雙向供電裝置，能夠在成本增加不多的條件下提供三倍過載能力，保證牽引系統供電可靠性；只需一臺多繞組變壓器就能滿足雙向變流器和二極管整流器的電壓耦合需求，顯著減小了系統體積、重量和成本；變壓器副方繞組的連接方式保證了較好的波形質量。

2.技術方案：