流器和單相逆變器都可以運行在四象限內，且并聯運行變換器控制具有均流效果，因此單相-單相PWM變換器能夠同時平衡分配三相側系統(tǒng)的有功電流，并且控制輸出側電壓頻率、相位和幅值，徹底解決牽引供電系統(tǒng)對三相電網的電能質量問題和牽引網自身的電分相問題。本發(fā)明貫通式牽引供電系統(tǒng)結構既可以從三相電網吸收并向牽引網提供有功功率，也可以從牽引網吸收并向三相電網回饋有功功率。為實現貫通供電，各牽引變電所之間輸出電壓幅值、相位、頻率一致，由于牽引變電所之間相距較遠，不便實現通信，所以可通過逆變器輸出幅值、相角下垂特性實施下垂控制可達到變電所間自動分流。
[0025]圖5是可實現圖4單相-單相變換器單元的兩電平交-直-交變換器結構。該結構主要包括單相PWM整流電路，直流電容和單相PWM逆變電路。由于PWM變換器在合適的控制方式下可工作在整流、逆變狀態(tài)下，因此，圖4的雙PWM變換器結構既可為牽引負荷提供能量，也可將牽引網的能量反饋回電網，實現能量的雙向流動。為簡化分析，后續(xù)只討論三相電網向牽引網提供有功能量這一種工作狀況，將三相-兩相牽引變壓器側變換器稱為PWM整流器，接觸網側變換器稱為PWM逆變器。
[0026]連接器電受變壓器變比以及實際貫通式同相供電系統(tǒng)限制，單相-單相變換器需要提高電平數以解決變換器耐壓問題。圖6是本發(fā)明系統(tǒng)中以五電平為例實施二極管箝位多電平交直交單相相-單相變換器主電路。該電路由五電平二極管箝位單相整流電路、五電平二極管箝位單相逆變電路等部分組成。其中，單相PWM整流器與逆變器的兩個橋臂由2η個開關器件串聯，頂端與末端連接直流側，中點連接降壓變壓器。以中點將變換器分為上下兩個橋臂，上下橋臂位置的開關在正常工作時互補導通。這五對開關器件由四對二極管箝位的中點與五個串聯的直流電容連接，連接方法如圖6所示。二極管箝位多電平變換器由于對中間電容充放電無法徹底均衡，存在電容電壓不均衡為題，通過空間矢量PWM調制方式，開關管中點的電壓通過導通的開關器件與箝位二極管與不同的直流電容相連，因此可輸出六種電平的同時選擇合適的矢量平衡電容電壓。該電路中每個開關器件的耐壓只有直流電壓的五分之一，因此，箝位二極管多電平變換器可使直流電壓成倍提高，系統(tǒng)容量也相應成倍提高。
[0027]圖7是單座并聯單相-單相PWM變換器，由于受電力電子元器件功率限制，單個單相-單相PWM變換器容量較小，因此構建多個單相-單相PWM變換器并聯系統(tǒng)以提升系統(tǒng)容量。由于變換器之間距離較短，信息可以共享，各變換器可以通過檢測各自輸出電壓，以達到穩(wěn)壓的目的；通過檢測自身輸出電流與并聯系統(tǒng)輸出電流做差比較，調整各自輸出電壓的幅值、相位，以達到抑制環(huán)流的目的。
[0028]圖8是本發(fā)明單個牽引變電所并聯結構示意圖，α座與β座分別相連的并聯單相-單相PWM變換器系統(tǒng)再并聯以實現牽引變電所內貫通供電，通過α座與β座兩個單座并聯單相-單相PWM變換器再次并聯，利用并聯系統(tǒng)的均流技術控制兩座輸出功率平衡，對于牽引供電系統(tǒng)同樣可以通過分別對兩并聯單相-單相PWM變換器系統(tǒng)各自輸出電壓檢測達到穩(wěn)壓的目的，通過對兩座系統(tǒng)各自輸出電流與牽引變電所輸出電流做差比較，以調整各自輸出電壓的幅值、相位，以達到抑制環(huán)流的目的。
【主權項】
1.一種基于既有牽引供電系統(tǒng)改進的并聯型貫通式牽引供電系統(tǒng)，在三相電網與牽引網間設置用于替代電分相的電力電子變換裝置，其特征在于，在一個牽引變電所內，接入三相電網的牽引變壓器Q的輸出α座和β分別通過電力電子變換裝置D及與之相連的升壓變壓器S與牽引網連接；所述電力電子變換裝置D由并聯的一個以上產生交-直-交變換的單相-單相變換器；所述單相-單相變換器主要由單相二極管箝位多電平整流電路、單相二極管箝位多電平逆變電路和輸入輸出連接電抗器構成。
2.根據權利要求1所述之一種基于既有牽引供電系統(tǒng)改進的并聯型貫通式牽引供電系統(tǒng)，其特征在于，在牽引變電所內部，使用多個PWM整流器與逆變器組成的單相-單相變換器并使用瞬時電流均分控制策略并聯使牽引變電所輸出電壓可控并抑制環(huán)流，為貫通式牽引供電系統(tǒng)提供實現的基礎，在負載所在位置通過達到自動分流，同時，通過無線均流控制避免牽引變電所之間環(huán)流過大，保證系統(tǒng)正常運行。
3.根據權利要求1所述之基于既有牽引供電系統(tǒng)改進的并聯型貫通式牽引供電系統(tǒng)，其特征在于，所述單相二極管箝位多電平整流電路、單相二極管箝位多電平逆變電路采用五電平二極管箝位單相-單相變換器。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于既有牽引供電系統(tǒng)改進的并聯型貫通式牽引供電系統(tǒng),在三相電網與牽引網間設置用于替代電分相的電力電子變換裝置。在每個牽引變電所內，接入三相電網的牽引變壓器Q的輸出α座和β分別通過電力電子變換裝置D及與之相連的升壓變壓器S與牽引網連接；電力電子變換裝置D由并聯的一個以上產生交-直-交變換的單相-單相變換器。本發(fā)明通過既有牽引變電所內的三相兩相牽引變壓器將電網三相電變?yōu)閮勺鶈蜗嚯姡孔鶈蜗嚯娎脝蜗嘟祲?升壓變壓器與單相-單相PWM變換器得到幅值、相位和頻率可控的單相電實現貫通式牽引供電，能有效補償無功和諧波，實現負荷均衡，極大改善電能質量，且可通過并聯多個變換器提升牽引變電所容量，易于模塊化，且便于系統(tǒng)冗余備份。
【IPC分類】H02J3-01, H02J3-26, B60M3-00, H02J3-18
【公開號】CN104527462
【申請?zhí)枴緾N201410680837
【發(fā)明人】彭旭, 郭愛平, 林靜音, 何曉瓊, 高仕斌
【申請人】西南交通大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月24日