[发明专利]基于模块化多电平换流器的双流制牵引供电系统

说明书

技术领域

本发明主要涉及到电力牵引技术的供电领域，特指一种基于模块化多电平换流器的双流制牵引供电系统。

背景技术

我国电力牵引以其高效、快捷、节能的特点正更加广泛地应用于铁路、城市轨道交通领域。利用新技术改造传统产业，加快铁路电气化改造进程，兼顾地铁建设，要成网、成片考虑，以充分发挥电力牵引拉得多、跑得快的潜力，并较大幅度提高国有资源的利用率已成为当今行业关注的重点。

我国电气化铁道、城市轨道交通所使用的电能均由国家电力部门发电厂供给，为了减少输电过程中的电能损失，把电压升至110 kV或220 kV（正在向500 kV超高压输电方向发展）以后，再通过输电线路送到牵引变电所，再经过牵引变压器直接给电力机车接触网供电；由于电压等级和电流制的不同，电力机车牵引供电系统和城市轨道交通车辆牵引供电系统大都采用各自独立的单制式供电：铁路电力机车为27.5kV工频单相交流电，地铁、轻轨采用1500V/750V直流电。

传统的交流牵引供电系统通常由三相的高压交流电通过输电线路送到牵引变电所，再经过牵引变压器直接给机车接触网供电，高压交流输电距离长，存在输电损耗大、对系统存在一定的充电无功、牵引变压器设计复杂、机车过分相以及因电气化铁道产生的负序和高次谐波。等多种不良问题；对于DC1500V/750V系统，由于采用的大功率整流电路作为列车牵引动力以及大量中高压长距离电缆导致充电无功较大等因素，因功率因数过低而额外支付大量功率因数调整电费的现象日渐突出。

牵引变压器的种类较多，较常用的有：单相V/V结线变压器、三相Yn/d11双绕组变压器以及斯科特结线变压器等。其中，单相V/V结线变压器的主结线较简单，设备较少，投资较省，但当一台牵引变压器故障时，另一台必须跨相供电，即兼供左右两边供电臂的牵引网，此时需一个倒闸过程，且随之增大对电力系统的负序影响。三相Yn/d11双绕组变压器在我国采用时间长，制造相对简单，价格便宜，但牵引变压器容量不能得到充分利用，主接线也相对度复杂，工程投资也较多。斯科特结线变压器可实现对接触网两边供电，在一定条件下牵引变压器容量可全部利用；但制造难度较大，造价高，主接线复杂，且其原边T接地电位随负载变化而产生漂移，严重时可能引起电力系统零序电流继电保护误动作，对邻边平行通信线产生干扰。

对于城轨直流牵引供电系统，整流机组的存在加大了牵引变电所的复杂性。直流牵引电动机额定电压受到换向条件限制不能太高，即牵引网电压很难进一步提高，这就要求牵引网输送大量电流来供应城轨车辆。牵引电流的增大也就加大了接触网导线截面，此时应选取适应较大电流的接触线和承力索，牵引网电压损失和电能损失相应增大。

有从业者提出一种电力机车与城轨车辆双制式牵引供电系统，在比较分析牵引变压器利用率、造价以及对电力系统负序影响等因素基础上，设计了一种交流牵引采用YN，d11结线的牵引变电所，利用交流备用10kV电源建立直流牵引站的双制式牵引供电方案，谐波影响小，投资成本较低。但整流机组的存在加大了牵引变电所的复杂性，装置输出特性影响直流牵引供电系统的可靠性。另外，直流牵引电动机额定电压受到换向条件限制不能太高，即牵引网电压很难进一步提高，这就要求牵引网输送大量电流来供应城轨车辆，这就会受限于备用电源容量。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种功能集成度高、适用范围广、安全性好、供电可靠性好的基于模块化多电平换流器的双流制牵引供电系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于模块化多电平换流器的双流制牵引供电系统，包括降压变压器、高压MMC整流电路、逆变电路和降压斩波电路，所述降压变压器的输入端与三相交流相连，所述降压变压器的输出端与高压MMC整流电路相连，所述高压MMC整流电路的输出端连接有直流输电电缆；所述降压斩波电路的输入端通过第二开关组件与直流输电电缆相连，所述降压斩波电路的输出端通过第四开关组件与牵引系统相连；所述逆变电路的输入端通过第三开关组件与直流输电电缆相连，所述逆变回路的输出端通过第五开关组件与牵引系统相连；所述第四开关组件与第三开关组件、第五开关组件为互锁关系。

作为本发明的进一步改进：所述降压变压器为用来将三相交流110kV/220kV/500kV降压成实际所需电压等级。

作为本发明的进一步改进：当地铁/轻轨运行时，第四开关组件闭合，第三开关组件、第五开关组件断开；当电力机车运行时，第三开关组件和第五开关组件闭合，第四开关组件断开。