[发明专利]一种高功率因数高性价比能馈式牵引供电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种能馈式牵引供电系统，尤其是指用于为城市轨道交通车辆供电的具有高功率因数高性价比的能馈式牵引供电系统。

背景技术

城市轨道交通牵引供电系统主要由牵引变电所和直流接触网系统构成，其中牵引变电所是整个牵引供电系统的核心，肩负着将交流电变换为直流电的任务。

各牵引变电所交流电源引入方式主要采用集中供电方式，即各牵引变电所通过中压环网统一从主变电站获得电能。由于中压环网沿地铁线路铺设，大量中压电网线缆的寄生电容产生的无功使得主变电站功率因数在列车非高峰时段较低，严重时功率因数仅有0.4左右，大大低于电力企业规定的功率因数限值，迫切需要采取无功补偿措施。

此外，各地铁线路牵引变电所供电装置均采用由两个12脉波二极管整流机组构成的24脉波二极管整流机组。其特点是系统结构简单、功率密度高、设备成本较低，但是直流电压不可控，波动范围大；同时，能量只能单向传输，列车再生制动的多余能量不能回馈交流电网，需用制动电阻消耗掉，造成能量的白白浪费。采用基于大功率PWM整流器的能馈式牵引供电装置完全替代二极管整流机组，既能保证直流电网稳定，提高供电质量，同时也能实现列车制动能量回馈交流电网，避免制动能量在电阻上消耗，节约能量，但是PWM整流器价格较高、体积较大、过载能力较差等制约因素的存在，使得采用PWM整流器完全替代二极管整流器的方案性价比较差，难以在实际工程中得到推广应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种高功率因数高性价比的能馈式牵引供电系统，在实现列车制动能量回馈再利用的同时，保证系统具有很高的功率因数及系统性价比。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种高功率因数高性价比的能馈式牵引供电系统，包括一个主变电所、一个中压环网、第一至第N个能馈式牵引变电所、一个直流接触网和钢轨。

每一个能馈式牵引变电所由一套12脉波整流机组和一套PWM整流机组并联而成，各能馈式牵引变电所交流侧均连接到由主变电站供电的中压环网，直流侧正极均连接到给列车供电的直流接触网上，直流侧负极均连接到钢轨上。

所述能馈式牵引变电所的数量N由线路长度决定，通常2公里～3公里的地铁线路设置一个能馈式变电所。

所述每一个能馈式牵引变电所中一套12脉波整流机组和一套PWM整流机组的容量根据线路牵引计算结果进行配备，PWM整流机组过载能力的不足部分通过增大12脉波整流机组容量弥补。

所述第一至第N个能馈式牵引变电所中相邻的两个中的12脉波整流器通过变压器移相±7.5°构成一个24脉波整流器。

所述每一个能馈式牵引变电所中的一套PWM整流机组包括一个双分裂变压器和两个PWM整流器，双分裂变压器具有一个原边绕组和两个副边绕组，原边绕组接到中压环网，每个副边绕组接一个PWM整流器，各PWM整流器的正极输出并联之后接到直流接触网上，各PWM整流器的负极输出并联之后接到钢轨。

所述PWM整流机组中各个PWM整流器采用移相SVPWM调制，使得整个机组等效开关频率为单个PWM整流器开关频率的M倍，M为PWM整流器数量。

所述PWM整流机组中双分裂变压器各副边绕组连接方式相同，且副边绕组短路阻抗用来替代PWM整流器交流侧电感。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果：

1)能馈式牵引变电所采用一个PWM整流机组与一个12脉波整流机组并联的主电路结构，充分利用了二者各自的优势，一方面实现了能量的双向流动，能够将列车制动能量反馈回交流电网，节约电能，另一方面利用了二极管整流器简单可靠、价格低廉、过载能力强的优势，使得整个系统具有较高的性价比。

2)PWM整流机组除了能够运行在整流、逆变工况外，还能用于向中压环网注入一定感性及容性无功，提高主变电站进线处功率因数；将供电系统中相邻两个能馈式牵引变电所的12

3)脉波整流机组通过变压器移相±7.5°构成一个24脉波整流器，从而在一定程度上减小主变电站交流进线处的电流谐波；

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

附图说明

图1是一种高功率因数高性价比的能馈式牵引供电系统主电路拓扑；

图2是能馈式牵引变电所组成示意图；

图3是变压器移相+7.5°的12脉波整流机组主电路；

图4是变压器移相-7.5°的12脉波整流机组主电路；

图5是PWM整流机组主电路。

具体实施方式