[实用新型]一种基于多电平变换器并联的贯通式牵引供电系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及铁路牵引供电系统技术领域，特别是无过分相区间的牵引网设备领域。

背景技术

既有牵引供电系统在物理结构上实行分段供电导致机车过分相时速度与能量的损失，过分相时车网之间复杂的电气暂态过程会严重危及牵引网和列车等主要电气设备的正常工作。牵引网存在供电死区，每个变电所需一组牵引变压器工作一组备用，其可靠性差，保证可靠性的手段较少，成本较高。在电气结构上，既有牵引供电系统与机车、与电力系统间存在强耦合的电磁关系，牵引负荷的冲击特性、电能污染等可直接通过这种强耦合关系传递给电网，电网的本身特性、冲击等也可直接耦合至机车，这种强耦合关系为电能质量治理制造了较大的障碍，并对电网容量、电压等级等提出了较高的要求。

图1是既有分段供电系统。图中两相邻变电所通过各自所在区域三相电网取电，通过变电所变压器变为两相，为牵引网供电。由于变电所内两供电臂电压幅值，相位存在差异，变电所之间电压幅值、相位、频率难以一致，两变电所间的四个供电臂需要三个电分相装置隔离。由于电分相装置的存在，使得列车在运行过程中需不断通过电分相，列车受流出现离散化，严重制约着列车速度和载荷能力的提升。

通过图2所示同相供电技术通过动态补偿装置补偿单相电网负载电流的无功和谐波，并传递一半有功，可取消变电所内电分相，牵引网电分相个数可减半。从理论分析、现场试运行验证了技术的可行性。但相邻变电所输出电压存在差异，变电所间难以实现贯通供电。

有效解决上述问题，借助现代电力电子技术及其控制理论，实现电气化铁路贯通供电是一种理想的解决方案。图3是理想模式的贯通式牵引供电系统结构，基于三相-单相变换器的变电所输出电压幅值、频率和相位可一致，能满足贯通供电的互联条件，因此各变电所的输出可以相互连接，形成贯通式牵引供电系统。牵引网各供电区段不再需要设置电分相，进而避免了数量众多的电分相装置的投入，同时避免了过分相造成的列车牵引力的损失。

根据目前大功率电力电子器件发展情况及多电平变换器结构工程应用情况推算，图3所示的单个多电平三相-单相变换器设计容量难以达到既有变电所容量要求，鉴于此，在现有技术条件下，开展对多电平变换器并联技术的研究，以提升系统容量。实际工程中可通过变电所内并联，实现单个变电所容量的提升，通过变电所间并联建立牵引供电网络，使变电所间实现容量相互支持与补充而使系统容量得以优化，已经成为一种迫切需求。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，结合工程实际，本实用新型提供了一种基于多电平变换器并联的贯通式牵引供电系统。该系统既可以实现从三相电网吸收并向牵引网提供有功功率，也可以从牵引网吸收并向三相电网回馈有功功率，变电所具有可控电压源性质，可实现电气化铁路牵引网贯通供电，彻底取消电分相，极大地改善电能质量。变电所内采用多电平变换器并联结构提升容量，同时，牵引供电系统的可靠性和冗余性也可得到很好的改善。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于多电平变换器并联的贯通式牵引供电系统，其特征在于：由多个贯通式牵引供电变电所并联建网组成，邻近变电所的牵引网直接相连，形成贯通式牵引供电网络；所述贯通式牵引供电变电所由与三相电网接入的输入降压变压器和与之输出端相连的呈并联状态的一个以上多电平三相-单相交-直-交变换器，以及连接变换器和牵引网的输出升压变压器组成；所述多电平三相-单相交-直-交变换器由多电平三相整流器、直流环节及其辅助均压电路、多电平单相逆变器和输入输出连接电抗器组成。

在本实用新型基于多电平变换器并联的贯通式牵引供电系统中，每个变电所为电压源型变换器并联结构，其输出电压可控，相邻变电所的牵引网可直接相连，构成贯通式牵引供电网络，输出机车等负载要求的交流电。

与现有技术相比，本实用新型有益效果是：

1、本实用新型提出的一种基于多电平变换器并联的贯通式牵引供电系统中，变电所采用全变换的三相-单相多电平交-直-交变换器并联代替牵引变压器，由于交-直-交变换器输出电压相位、频率和幅值完全可控，因此可实现全线贯通供电，取消牵引网电分相装置，极大地改善系统的电能质量，提高机车的运行速度和载荷能力。