[实用新型]一种提高功率密度的电力电子变压器牵引供电系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种提高功率密度的电力电子变压器牵引供电系统。

背景技术

目前，中国是世界上高速铁路规模最大、发展速度最快的国家。据国际铁路联盟(UIC)统计，截至2016年12月，中国中车产品已经出口到全球六大洲102个国家和地区，覆盖了全球83％拥有铁路的国家和地区。中国高铁运营里程达2.1万km，占全世界高铁总里程的60％以上。最新《中长期铁路网规划》中提出：到2020年，一批重大标志性项目建成投产，铁路网规模达到15万公里，其中高速铁路3万公里，覆盖80％以上的大城市。围绕国家“一带一路”和“走出去”战略实施，中国正在加大境外铁路项目工作力度，推进与周边国家铁路互联互通建设，发展潜力巨大。

如图1所示，牵引变压器是电力机车传动系统的动力源头和重要组成部分，在供电时，交流牵引网1与铁轨2之间连接有受电弓3及牵引变压器6，牵引变压器6通过主变流器4与牵引电动机5相连。

牵引变压器6其体积、重量庞大，占据了很大的乘用空间，且额外损耗了大量的能量。新一代电力电子牵引变压器PETT，在由于采用中、高频变压器，不仅拥有传统工频牵引变压器的电气隔离、双向功率传输和电压变换功能，而且具有重量体积减轻50％以上、功率因数高、谐波含量低、污染小等众多优势，受到国际轨道交通领域理论和技术研究的高度重视。

世界著名机车制造厂商相继对PETT做出了设计方案和试验样机，而目前对电力电子变压器牵引供电系统功率密度提升方面的研究主要集中在变压器频率的提升，研发高效、高功率密度的变压器牵引供电系统已成为新一代国际轻量化高性能电力机车的战略高地。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种提高功率密度的电力电子变压器牵引供电系统，本实用新型提供的牵引供电系统的输入级在传统级联H桥的基础上添加有源功率解耦电路，组成的有源功率解耦模块可以在整流的同时抑制二次功率脉动减小滤波电容，提高功率密度；中间级DC/DC变换器采用谐振软开关技术提高变换效率，同时提高功率密度；低压侧直流并联输出，直流母线接有复合储能系统，以改善电能质量；牵引变频器和辅助供电逆变器与低压侧直流母线相连。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种提高功率密度的电力电子变压器牵引供电系统，包括若干组连接在高压交流母线上的电力电子变压器，上述电力电子变压器输出的低压直流侧均并联形成低压直流母线，所述低压直流母线上连接给电动机供电的牵引逆变器和辅助供电逆变器。

进一步的，所述电力电子变压器连接在与高压交流母线相连的受电弓后。

进一步的，所述受电弓上开关处并联有一用于实现电力电子变压器的软启动的电阻。

进一步的，所述受电弓与电力电子变压器之间串联滤波器，当回馈制动的能量大于设定值时，电力电子变压器向牵引网传输能量，滤波器用于对此时的馈送电流滤波。

进一步的，所述低压直流母线上连接混合储能系统。这样的设计，一方面可以在弓网离线时短时间内供能，另一方面，可以吸收回馈制动产生的能量，降低电力电子变压器向牵引网注入的谐波。

优选的，所述混合储能系统包括蓄电池和与其并联的超级电容。

进一步的，所述电力电子变压器的前级整流环节采用级联H桥结构，每个H桥结构均增设有源功率解耦电路，以降低滤波电容并提高其可靠性。

进一步的，整流环节采用SPWM调制。

进一步的，所述滤波器为L滤波电路。

进一步的，每个H桥结构的直流侧连接有DC-DC变换器，多组力电子变压器的DC-DC变换器之间并联，多个DC-DC变换器输出的正极线路分别相连，输出的负极线路分别相连，并联形成低压直流母线。

进一步的，所述DC-DC变换器为谐振变换器，由两个H桥结构、谐振电容和一个高频变压器组成，所述高频变压器的两侧各通过一个谐振电容连接有一个H桥结构，所述谐振变换器采用移相控制，谐振变换器输出端并联形成电力电子变压器的低压直流输出端。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)输入级在传统级联H桥的基础上添加有源功率解耦电路，组成的有源功率解耦模块可以在整流的同时抑制二次功率脉动减小滤波电容，提高功率密度。

(2)受电弓上开关处并联一个电阻，可以实现机车电力电子变压器的软启动，降低启动时对电力电子变压器的冲击。

(3)本实用新型中电力电子变压器DC-DC环节采用高频谐振变换器，既可以降低变压器体积，又可以降低开关损耗。