[发明专利]一种车载电力电子变压器结构及其稳定运行控制方法

说明书

本发明公开了一种车载电力电子变压器结构及其稳定运行控制方法，车载电力电子变压器结构包括：MMC‑H桥DC‑DC变换器和三相逆变器，MMC‑H桥DC‑DC变换器包括一次侧的基于模块化多电平的变换器、二次侧的单相H桥变换器，及中频变压器，MMC‑H桥DC‑DC变换器的输入侧正极经高速断路器QF1与直流牵引网相连，其输入侧负极与接地钢轨相连，其输出侧与三相逆变器的输入侧相连，以将中高压直流电能变换为电压较低的直流电能；三相逆变器的输出侧与交流牵引电机的输入侧连接，以将直流电能转换为交流电能并供给牵引电机。本发明能够实现车载电力电子变压器稳定可靠运行的同时有效减轻车载变压器的体积和重量，提高电能质量。

技术领域

本发明涉及牵引传动技术领域，具体涉及一种车载电力电子变压器结构及其稳定运行控制方法。

背景技术

电力机车牵引传动系统是现有电力机车唯一的动力来源，其主要功能是将牵引网的电能变换为可供牵引电机使用的电能。

目前，电力牵引传动系统主要分为：“交-直”、“直-交”、“交直交”三种。其中，“交-直”型牵引传动系统仅适用于对低压直流牵引网，“交-直”型牵引传动系统有着较大缺陷，现正逐渐被“交-直-交”型替代。而“交-直-交”牵引传动系统中工频牵引变压器具有结构简单、可靠性较高、经济成本较低的等优点，但是它具有体积大、重量大，无法实现对电压、电流的连续调节与控制能力等缺点。

随着电力电子技术的发展，电力电子变压器应运而生。电力电子变压器除了具有电压等级变化和电气隔离的功能以外，还具有体积小、重量低、可控性强的优点。目前车载电力电子变压器尚未大规模地投入商业与工程应用。

随着超高压直流输电技术的深入研究与直流制式城市轨道交通的广泛应用，采用中高压直流作为高速铁路牵引供电制式成为一种可能。而中高压直流牵引供电系统供电制式与既有电气化铁路有所区别，因此需要设计适用于该供电制式的电力机车牵引传动系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车载电力电子变压器结构及其稳定运行控制方法，以实现车载电力电子变压器稳定可靠运行的同时有效地减轻车载变压器的体积和重量，提高电能质量。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供一种车载电力电子变压器结构，所述车载电力电子变压器结构包括：

MMC-H桥DC-DC变换器和三相逆变器，所述MMC-H桥DC-DC变换器包括一次侧的基于模块化多电平的变换器、二次侧的单相H桥变换器，以及位于所述一次侧和所述二次侧之间的中频变压器，所述MMC-H桥DC-DC变换器的输入侧正极经高速断路器QF1与直流牵引网相连，其输入侧负极与接地钢轨相连，其输出侧与所述三相逆变器的输入侧相连，以将中高压直流电能变换为电压较低的直流电能；所述三相逆变器的输出侧与交流牵引电机的输入侧连接，以将所述直流电能转换为交流电能并供给所述交流牵引电机。

可选择地，所述基于模块化多电平的变换器包括a相单元和b相单元，每相单元分别包括上下两个桥臂，各桥臂包括n个半桥子模块和一个桥臂电感L_p，各半桥子模块分别包括开关管T_n1、开关管T_n2以及电容C_n，

第一个上半桥子模块SM₁的开关管T₁₁的发射极和开关管T₁₂的集电极同时连接牵引网正极，开关管T₁₁的集电极连接电容C₁的一端，电容C₁的另一端和开关管T₁₂的发射极同时连接第二个半桥子模块的开关管T₂₁的发射极和开关管T₂₂的集电极；