專利名稱：一種共用變壓器的牽引供電裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種共用變壓器的牽引供電裝置及控制方法。
背景技術(shù)：
目前，城市軌道交通普遍采用750V或1500V直流電為機(jī)車車輛供電。變電所牽引供電裝置采用的是12或24脈波二極管整流機(jī)組，其主要優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好、功率密度高、過載能力強(qiáng)、設(shè)備成本低；缺點(diǎn)在于其直流輸出電壓不可控，電壓波動范圍大，而且其能量只能從交流側(cè)到直流側(cè)單向傳輸，列車再生制動的多余能量不能回饋交流電網(wǎng)，需要制動電阻消耗掉，造成能量的白白浪費(fèi)。專利ZL 200810103678. 7公開了一種混合式牽引供電裝置及控制方法，其中混合式牽引供電裝置是在傳統(tǒng)二極管整流機(jī)組的基礎(chǔ)上，并聯(lián)了一套(Pulse WidthModulation,簡稱PWM)整流機(jī)組，充分利用二極管整流機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)和PWM整流機(jī)組能量雙向流動、功率因數(shù)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，從而改善直流電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性，提高供電品質(zhì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)列車制動能量回饋交流側(cè)電網(wǎng)，避免制動能量在電阻上消耗，節(jié)約能量，甚至還能用于對中壓環(huán)網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。發(fā)明人在實(shí)施本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)至少存在如下缺陷現(xiàn)有技術(shù)中PWM整流機(jī)組需要額外配置專用變壓器，其成本較高，同時(shí)變壓器的安裝需要占用很大的空間，使得實(shí)際工程應(yīng)用受到一定限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種共用變壓器的牽引供電裝置及控制方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中PWM整流機(jī)組需要額外配置專用變壓器的問題。一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種共用變壓器的牽引供電裝置，包括一個(gè)移相變壓器，所述移相變壓器包括一個(gè)原邊繞組和兩個(gè)副邊繞組，所述原邊繞組采用三角形連接，所述兩個(gè)副邊繞組分別采用星型和三角形連接，每個(gè)副邊繞組均包括額定輸出端子和中間抽頭輸出端子；兩個(gè)變流單元，每個(gè)變流單元分別與一個(gè)副邊繞組對應(yīng)，每個(gè)變流單元均包括輸出并聯(lián)的二極管整流器和脈沖調(diào)制PWM整流器，每個(gè)變流單元中的二極管整流器的交流側(cè)和PWM整流器的交流側(cè)分別與對應(yīng)的副邊繞組的額定輸出端子和中間抽頭輸出端子連接；用于檢測原邊繞組的電動勢、兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓，根據(jù)設(shè)定的直流電壓和兩個(gè)變流單元中PWM整流器的總無功 指令電流以及檢測到的原邊繞組的電動勢、兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓，得到兩組驅(qū)動脈沖，并分別發(fā)送給所述兩個(gè)變流單元中PWM整流器的驅(qū)動端的控制單元，所述控制單元分別與所述原邊繞組的輸入端子、所述兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子、所述兩個(gè)變流單元的輸出端以及所述兩個(gè)變流單元中PWM整流器的驅(qū)動端連接。另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于上述共用變壓器的牽引供電裝置的控制方法，包括檢測原邊繞組的電動勢、兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓；根據(jù)設(shè)定的直流電壓和兩個(gè)變流單元中PWM整流器的總無功指令電流，以及檢測到的原邊繞組的電動勢、兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓，得到兩組驅(qū)動脈沖； 將所述兩組驅(qū)動脈沖分別發(fā)送到兩個(gè)變流單元中的PWM整流器的驅(qū)動端。本發(fā)明實(shí)施例采用包括一個(gè)三角形連接的原邊繞組和分別為星型連接、三角形連接的兩個(gè)副邊繞組的移相變壓器和兩個(gè)變流單元，將每個(gè)變流單元中的二極管整流器的交流側(cè)和PWM整流器的交流側(cè)分別與對應(yīng)的副邊繞組的額定輸出端子和中間抽頭輸出端子連接，控制單元根據(jù)設(shè)定的直流電壓指令值和兩個(gè)變流單元中PWM整流器的總無功指令電流，以及檢測到的原邊繞組的電動勢、兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓，得到分別控制PWM整流器的驅(qū)動脈沖的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)二極管整流器與PWM整流器共用一臺變壓器，降低了設(shè)備成本，同時(shí)減小了體積，增加了實(shí)際工程應(yīng)用的靈活性。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種共用變壓器的牽引供電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I所示實(shí)施例中移相變壓器和兩個(gè)變流單元的一種電路示意圖；圖3為圖I所示實(shí)施例中控制單元的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖I所不實(shí)施例中的PWM整流器的一種電路不意圖；圖5為圖I所示實(shí)施例中二極管整流器的一種電路示意圖；圖6為圖5所示實(shí)施例中二極管單元Dl的一種電路示意圖；圖7為圖I實(shí)施例中控制單元的一種應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖；圖8為圖7中交流電流環(huán)I_loopl的一種應(yīng)用不意圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于上述共用變壓器的牽引供電裝置的控制方法的流程示意圖；圖10為圖9所示實(shí)施例中步驟902的一種具體實(shí)現(xiàn)的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式圖I為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種共用變壓器的牽引供電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖I所示，該裝置包括移相變壓器11、變流單元12和變流單元13、控制單元14 ；移相變壓器11包括一個(gè)原邊繞組111、副邊繞組112和副邊繞組113，原邊繞組11采用三角形連接，副邊繞組112、113分別采用星型和三角形連接，且副邊繞組112包括額定輸出端子1121和中間抽頭輸出端子1122，副邊繞組113包括額定輸出端子1131和中間抽頭輸出端子1132。
變流單元12包括二極管整流器121和PWM整流器122，二極管整流器121的交流側(cè)與副邊繞組112的額定輸出端子1121連接，PWM整流器122與副邊繞組112的中間抽頭輸出端子1122連接；變流單元13包括二極管整流器131和PWM整流器132，二極管整流器131的交流側(cè)與副邊繞組113的額定輸出端子1131連接，PWM整流器132與副邊繞組113的中間抽頭輸出端子1132連接，二極管整流器121的輸出與PWM整流器122的輸出并聯(lián)，二極管整流器131的輸出端與PWM整流器132的輸出端并聯(lián)?？刂茊卧?4，分別與原邊繞組111的輸入端子、副邊繞組112和副邊繞組113的各輸出端子、變流單元12和變流單元13的輸出端、PWM整流器122和PWM整流器132的驅(qū)動端連接，用于檢測原邊繞組111的電動勢、副邊繞組112和副邊繞組113的各輸出端子的交流電流、變流單元12和變流單元13的輸出電流和輸出電壓，根據(jù)設(shè)定的直流電壓、變流單元12和變流單元13中PWM整流器的總無功指令電流，以及檢測到的原邊繞組111的電動勢、副邊繞組112和副邊繞組113的各輸出端子的交流電流、變流單元12和變流單元13的輸出電流和輸出電壓，得到兩組驅(qū)動脈沖，并分別發(fā)送給PWM整流器122和PWM整流器132的驅(qū)動端。其中，移相變壓器11可以采用環(huán)氧樹脂澆注干式三相變壓器。移相變壓器11的原邊繞組111采用三角形連接，兩個(gè)副邊繞組112、113分別采用星型和三角形連接，使得副邊繞組112、113的輸出電壓相位相差30度，因此變流單元12和變流單元13中的二極管整流器可以形成12脈波整流，進(jìn)而改善IOkv電網(wǎng)側(cè)的交流電流波形，減小注入電網(wǎng)諧波電流。圖2為圖I所不實(shí)施例中移相變壓器和兩個(gè)變流單兀的一種電路不意圖。如圖2所示，變流單元12和變流單元13的輸出端并聯(lián)，變流單元12和變流單元13的輸出電壓相等，為Vd。。進(jìn)一步地，在變流單元12和變流單元13的正極輸出端分別串接一個(gè)直流濾波電感L1、L2，平衡兩個(gè)變流單元直流側(cè)的瞬時(shí)電位差，避免對二極管整流器的工作產(chǎn)生不利影響?？蛇x地，還可以僅在變流單元12和變流單元13的負(fù)極輸出端分別串接一個(gè)直流濾波電感?；蛘?，在變流單元12和變流單元13的正、負(fù)極輸出端均分別串接一個(gè)直流濾波電感。可選地，變流單元12和變流單元13的輸出端也可以串聯(lián)，此時(shí)，變流單元12和變流單元13的輸出電流相等。圖3為圖I所示實(shí)施例中控制單元的一種結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，控制單元14具體包括檢測單元141，與原邊繞組111的輸入端子、副邊繞組112和副邊繞組113的各輸出端子、變流單元12和變流單元13的輸出端連接，用于檢測原邊繞組111的電動勢、副邊繞組112和副邊繞組113的各輸出端子的交流電流、變流單元12和變流單元13的輸出電流和輸出電壓；直流電壓環(huán)142，與檢測單元141連接，用于根據(jù)設(shè)定的直流電壓和檢測單元141 檢測到的變流單元12和變流單元13的輸出電流和輸出電壓，得到PWM整流器122和PWM整流器132的有功指令電流；運(yùn)算單元143，與檢測單元141連接，用于對檢測單元141檢測到的原邊繞組111的電動勢進(jìn)行運(yùn)算，得到原邊繞組111的電動勢在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸上的分量以及副邊繞組112和副邊繞組113的電動勢的相角，并根據(jù)設(shè)定的變流單元12和變流單元13中PWM整流器的總無功指令電流得到變流單元12中PWM整流器122的無功指令電流和變流單元13中PWM整流器132的無功指令電流；
交流電流環(huán)144和交流電流環(huán)145，與副邊繞組112和副邊繞組113、變流單元12和變流單元13 —一對應(yīng)，分別與檢測單元141、直流電壓環(huán)142和運(yùn)算單元143連接，分別用于根據(jù)檢測單元141檢測到的對應(yīng)的副邊繞組112或副邊繞組113的各輸出端子的交流電流、直流電壓環(huán)142得到的對應(yīng)的變流單元12中PWM整流器122或變流單元13中PWM整流器132的有功指令電流、運(yùn)算單元143得到的原邊繞組111的電動勢在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸上的分量、對應(yīng)的副邊繞組112或副邊繞組113的電動勢的相角、對應(yīng)的變流單元12中PWM整流器122或變流單元13中PWM整流器132的無功指令電流，得到一組驅(qū)動脈沖，發(fā)送給對應(yīng)的變流單元12中PWM整流器122或變流單元13中PWM整流器132的驅(qū)動端。舉例來說，交流電流環(huán)144與副邊繞組112、變流單元12對應(yīng)，用于根據(jù)檢測單元141檢測到的副邊繞組112的各輸出端子的交流電流、直流電壓環(huán)142得到的PWM整流器122的有功指令電流、運(yùn)算單元143得到的原邊繞組111的電動勢在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸上的分量、PWM整流器122的無功指令電流、副邊繞組112的電動勢的相角，得到一組驅(qū)動脈沖，并發(fā)送給PWM整流器122的驅(qū)動端；交流電流環(huán)145與副邊繞組113、變流單元13對應(yīng)，用于根據(jù)檢測單元141檢測到的副邊繞組113的各輸出端子的交流電流、直流電壓環(huán)142得到的PWM整流器132的有功指令電流、運(yùn)算單元143得到的原邊繞組111的電動勢在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸上的分量、PWM整流器132的無功指令電流、副邊繞組113的電動勢的相角，得到另一組驅(qū)動脈沖，并發(fā)送給PWM整流器132的驅(qū)動端。進(jìn)一步地,檢測單元141具體包括四個(gè)交流電流傳感器，分別與副邊繞組112的額定輸出端子1121和中間抽頭輸出端子1122、副邊繞組113的額定輸出端子1131和中間抽頭輸出端子1132連接，分別用于檢測各輸出端子的交流電流；三個(gè)電壓傳感器，分別與原邊繞組111的輸入端子、變流單元12和變流單元13的輸出端連接，分別用于檢測原邊繞組111的電動勢、變流單元12和變流單元13的輸出電壓；兩個(gè)直流電流傳感器，分別與變流單元12和變流單元13的輸出端連接，用于檢測變流單元12和變流單元13的輸出電流。進(jìn)一步地,運(yùn)算單元143具體包括坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，與檢測單元141和交流電流環(huán)144、145連接，用于對檢測單元141檢測到的原邊繞組111的電動勢進(jìn)行從三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，獲得原邊繞組111的電動勢在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸上的分量；鎖相環(huán)路單元，與檢測單元141和交流電流環(huán)144、145連接，用于對檢測單元141檢測到的原邊繞組111的電動勢進(jìn)行鎖相，獲得副邊繞組112和副邊繞組113的電動勢的相角。指令電流單元,與交流電流環(huán)144、145連接,用于根據(jù)設(shè)定的變流單元12中PWM整流器122和變流單元13中PWM整流器132的總無功指令電流得到各變流單元中PWM整流器的無功指令電流。具體地，當(dāng)變流單元12和變流單元13的輸出端為并聯(lián)時(shí)，指令電流單元可以對總的有功指令電流進(jìn)行均流控制得到每個(gè)PWM整流器的有功指令電流；當(dāng)變流單元12和變流單元13的輸出端為串聯(lián)時(shí)，指令電流單元可以對總的有功指令電流進(jìn)行均壓控制得到每個(gè)P麗整流器的有功指令電流。
圖4為圖I所不實(shí)施例中的PWM整流器的一種電路不意圖。如圖4所不，PWM整流器由3個(gè)交流濾波電容Cf、3個(gè)交流濾波電感L、3個(gè)功率器件BI B3、直流支撐電容C、直流快速熔斷器F組成；3個(gè)交流濾波電容Cf的一端均與副邊繞組112或副邊繞組113的中間抽頭輸出端子al、bl、cl連接,3個(gè)交流濾波電容Cf的另一端互相連接；3個(gè)交流濾波電感L的一端分別與中間抽頭輸出端子al、bl、cl連接，3個(gè)交流濾波電感L的另一端分別與3個(gè)功率器件BI B3的輸入端連接，且3個(gè)交流濾波電容Cf與中間抽頭輸出端子al、bl、cl的連接點(diǎn)分別在中間抽頭輸出端子al、bl、cl和3個(gè)交流濾波電感L之間；3個(gè)功率器件BI B3的輸出端并聯(lián)，且與直流支撐電容C并聯(lián)；直流快速熔斷器F串聯(lián)于直流母線上。其中，加入交流濾波電容Cf的目的是利用交流濾波電感L、交流濾波電容Cf以及變壓器副邊繞組自身漏感構(gòu)成濾波器，從而大大減小PWM整流器注入交流電網(wǎng)的諧波電流。直流快速熔斷器F串接在直流母線上，用于在直流輸出發(fā)生短路時(shí)實(shí)現(xiàn)對PWM整流器主電路的保護(hù)。進(jìn)一步地，功率器件可以選用半橋式絕緣柵雙極型晶體管(Insulated GateBipolar Transistor,簡稱IGBT)的智能功率模塊,其集驅(qū)動、保護(hù)、電流測量等功能于一體，從而簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備可靠性；直流支撐電容可以選用薄膜電容，紋波電流通過能力強(qiáng)，等效阻抗小，壽命長。圖5為圖I所示實(shí)施例中二極管整流器的一種電路示意圖，如圖5所示，二極管整流器包括由6個(gè)二極管單元Dl D6組成的三相式整流電路。6個(gè)兩個(gè)二極管單元兩兩互相連接，每兩個(gè)二極管單元的連接點(diǎn)分別連接到副邊繞組的額定輸出端子A1、B1、Cl。進(jìn)一步地，為了擴(kuò)大容量和提高設(shè)備的可靠性，每個(gè)二極管單元還可以包括多個(gè)并聯(lián)的二極管和與每個(gè)二極管串聯(lián)的熔斷器。圖6為圖5所示實(shí)施例中二極管單元Dl的一種電路不意圖。本發(fā)明實(shí)施例采用包括一個(gè)三角形連接的原邊繞組和分別為星型連接、三角形連接的兩個(gè)副邊繞組的移相變壓器和兩個(gè)變流單元，將每個(gè)變流單元中的二極管整流器的交流側(cè)和PWM整流器的交流側(cè)分別與對應(yīng)的副邊繞組的額定輸出端子和中間抽頭輸出端子連接，控制單元根據(jù)設(shè)定的直流電壓指令值和兩個(gè)變流單元中PWM整流器的總無功指令電流，以及檢測到的原邊繞組的電動勢、兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓，得到控制PWM整流器的驅(qū)動脈沖的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)二極管整流器與PWM整流器共用一臺變壓器，降低了設(shè)備成本，同時(shí)減小了體積，增加了實(shí)際工程應(yīng)用的靈活性。本發(fā)明實(shí)施例提供的上述共用變壓器的牽引供電裝置中的各單元在應(yīng)用中有多種實(shí)現(xiàn)方式。圖7為圖I實(shí)施例中控制單元的一種應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖。假定兩個(gè)變流單元的輸出端并聯(lián)，如圖7所示，將電壓傳感器檢測得到的移相變壓器原邊繞組的電動勢ea、eb、e。經(jīng)過鎖相環(huán)PLL得到相角e，假設(shè)與交流電流環(huán)I_100P1對應(yīng)的副邊繞組采用星型連接，將0減小JI /6 = 30度得到與I_loopl對應(yīng)的副邊繞組的電動勢的相角0 I ;假設(shè)與交流電流環(huán)I_loop2對應(yīng)的副邊繞組采用三角形連接，將0減去Cpo得到與I_loop2對應(yīng)的副邊繞組的電動勢的相角9 2，其中(Po的大小與I_loop2對應(yīng)的副邊繞組的中間抽頭輸出端子的位置有關(guān)，在0度到30度之間變化；將原邊繞組的電動勢ea、eb、ec經(jīng)過從三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換abc/dq,得到原邊繞組的電動勢在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸上的分量Ed ;由于兩個(gè)變流單元的輸出端并聯(lián)，電壓傳感器測得的兩個(gè)變流單元的輸出電壓均為vd。，根據(jù)設(shè)定的直流電壓V:以及電壓傳感器測得的兩個(gè)變流單元的輸出電壓vd。，得到V:減去vd。的電壓差A(yù) vdc,該電壓差經(jīng)過比例積分PI運(yùn)算得到總的PWM整流器的有功指令電流
I、；由于兩個(gè)變流單元的輸出端并聯(lián)，將A經(jīng)過均流單元1/2得到各PWM整流器的有功指令電流rd/2;根據(jù)直流電流傳感器測得的兩個(gè)變流單元的輸出電流Itkl和Itk2，將Itkl減去Idc2的電流差a Idc放大得到a rd，將rd/2減去a rd得到與i_ioopi對應(yīng)的變流單元中pm整流器的有功指令電流rld，將rd/2加上a rd得到與i_i00P2對應(yīng)的變流單元中pwm 整流器的有功指令電流r2d;根據(jù)設(shè)定的總無功指令電流r,，得到rlq = r2q = rq/2;將交流電流傳感器測得的對應(yīng)副邊繞組的各額定輸出端子的交流電流iA1、iB1 > iei、各中間抽頭輸出端子的交流電流ial、ibl、iel，和上述得到的Ed、e i、riq、rid輸入交流電流環(huán)I_loopl，得到一組控制脈沖gn g16，將交流電流傳感器測得的對應(yīng)副邊繞組的各額定輸出端子的交流電流IA2、IB2、IC2、各中間抽頭輸出端子的交流電流和上述得到的Ed、02、r2q、r2d輸入交流電流環(huán)i_ioOP2，得到一組控制脈沖g21 g26，用這兩組脈沖分別去驅(qū)動對應(yīng)的變流單元中的PWM整流器。圖8為圖7中交流電流環(huán)I_loopl的一種應(yīng)用示意圖。如圖8所示,將交流電流傳感器的測得I_loopl對應(yīng)的副邊繞組的額定輸出端子的交流電流IA1、IB1、Ia和中間抽頭輸出端子的交流電流ial、ibl、L1，經(jīng)過abc/dq坐標(biāo)變換得到I_loopl對應(yīng)的變流單元中二極管整流器實(shí)際的電流值iDd、無功電流iDq和PWM整流器的實(shí)際的有功電流值ild、無功電流值ilQ ;將iDd、iDq、ild、i1(1和上述得到的riq、rid以及Ed，經(jīng)過一系列的比例積分運(yùn)算PI、放大Kp、加減運(yùn)算，分別得到原邊繞組的電動勢在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下兩軸上的分量V*d和v\，V*d 和 v*q 經(jīng)過空間矢量脈寬調(diào)制(Space Vector Pulse Width Modulation,簡稱 SVPWM),得到用于控制對應(yīng)的變流單元中PWM整流器的驅(qū)動脈沖gl g6。圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于上述共用變壓器的牽引供電裝置的控制方法的流程示意圖，如圖9所示，該控制方法包括步驟901、檢測原邊繞組的電動勢、兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓。步驟902、根據(jù)設(shè)定的直流電壓、兩個(gè)變流單元中PWM整流器的總無功指令電流，以及檢測到的原邊繞組的電動勢、兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓，得到兩組驅(qū)動脈沖。步驟903、將兩組驅(qū)動脈沖分別發(fā)送到兩個(gè)變流單元中的PWM整流器的驅(qū)動端。圖10為圖9所示實(shí)施例中步驟902的一種具體實(shí)現(xiàn)的流程示意圖，如圖10所示，步驟902具體包括步驟101、根據(jù)設(shè)定的直流電壓、檢測到的兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓，得到各PWM整流器的有功指令電流。具體地，直流電壓環(huán)根據(jù)設(shè)定的直流電壓、檢測到的兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓，得到總的有功指令電流；當(dāng)兩個(gè)變流單元的輸出端并聯(lián)時(shí)，對總的有功指令電流進(jìn)行均流控制得到每個(gè)PWM整流器的有功指令電流；當(dāng)兩個(gè)變流單元的輸出端串聯(lián)時(shí)，對總的有功指令電流進(jìn)行均壓控制得到每個(gè)PWM整流器的有功指令電流。步驟102、 對檢測到的原邊繞組的電動勢進(jìn)行運(yùn)算，得到原邊繞組的電動勢在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸上的分量和各副邊繞組的電動勢的相角，并根據(jù)所述設(shè)定的兩個(gè)變流單元中PWM整流器的總無功指令電流，得到各PWM整流器的無功指令電流。步驟103、分別根據(jù)對應(yīng)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、對應(yīng)變流單元中PWM整流器的有功指令電流、原邊繞組的電動勢在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸上的分量、對應(yīng)副邊繞組的電動勢的相角和對應(yīng)變流單元中PWM整流器的無功指令電流，得到一組驅(qū)動對應(yīng)變流單元中的PWM整流器的驅(qū)動脈沖。本實(shí)施例的具體實(shí)現(xiàn)參照本發(fā)明實(shí)施例提供的一種共用變壓器的牽引供電裝置。本發(fā)明實(shí)施例采用包括一個(gè)三角形連接的原邊繞組和分別為星型連接、三角形連接的兩個(gè)副邊繞組的移相變壓器和兩個(gè)變流單元，將每個(gè)變流單元中的二極管整流器的交流側(cè)和PWM整流器的交流側(cè)分別與對應(yīng)的副邊繞組的額定輸出端子和中間抽頭輸出端子連接，控制單元根據(jù)設(shè)定的直流電壓指令值和兩個(gè)變流單元中PWM整流器的總無功指令電流，以及檢測到的原邊繞組的電動勢、兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓，得到控制PWM整流器的驅(qū)動脈沖的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)二極管整流器與PWM整流器共用一臺變壓器，降低了設(shè)備成本，同時(shí)減小了體積，增加了實(shí)際工程應(yīng)用的靈活性。
權(quán)利要求
1.一種共用變壓器的牽引供電裝置，其特征在于，包括 一個(gè)移相變壓器，所述移相變壓器包括一個(gè)原邊繞組和兩個(gè)副邊繞組，所述原邊繞組采用三角形連接，所述兩個(gè)副邊繞組分別采用星型和三角形連接，每個(gè)副邊繞組均包括額定輸出端子和中間抽頭輸出端子； 兩個(gè)變流單元，每個(gè)變流單元分別與一個(gè)副邊繞組對應(yīng)，每個(gè)變流單元均包括輸出并聯(lián)的二極管整流器和脈沖調(diào)制PWM整流器，每個(gè)變流單元中的二極管整流器的交流側(cè)和PWM整流器的交流側(cè)分別與對應(yīng)的副邊繞組的額定輸出端子和中間抽頭輸出端子連接； 用于檢測原邊繞組的電動勢、兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓，根據(jù)設(shè)定的直流電壓和兩個(gè)變流單元中PWM整流器的總無功指令電流以及檢測到的原邊繞組的電動勢、兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓，得到兩組驅(qū)動脈沖，并分別發(fā)送給所述兩個(gè)變流單元中PWM整流器的驅(qū)動端的控制單元，所述控制單元分別與所述原邊繞組的輸入端子、所述兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子、所述兩個(gè)變流單元的輸出端以及所述兩個(gè)變流單元中PWM整流器的驅(qū)動端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述兩個(gè)變流單元的輸出端并聯(lián)或者串聯(lián)，且每個(gè)變流單元的輸出端均串接有直流濾波電感。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述控制單元包括 用于檢測所述原邊繞組的電動勢、所述兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、所述兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓的檢測單元，所述檢測單元與所述原邊繞組的輸入端子、所述兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子、所述兩個(gè)變流單元的輸出端連接； 用于根據(jù)設(shè)定的直流電壓和所述檢測單元檢測到的所述兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓得到各PWM整流器的有功指令電流的直流電壓環(huán)，所述直流電壓環(huán)與所述檢測單元連接； 用于對所述檢測單元檢測到的所述原邊繞組的電動勢進(jìn)行運(yùn)算得到所述原邊繞組的電動勢在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸上的分量和各副邊繞組的電動勢的相角，并根據(jù)設(shè)定的兩個(gè)變流單元中PWM整流器的總無功指令電流得到各變流單元中PWM整流器的無功指令電流的運(yùn)算單元，所述運(yùn)算單元與所述檢測單元連接； 分別用于根據(jù)所述檢測單元檢測到的對應(yīng)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、所述直流電壓環(huán)得到的對應(yīng)變流單元中PWM整流器的有功指令電流、所述運(yùn)算單元得到的原邊繞組的電動勢在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸上的分量、對應(yīng)的副邊繞組的電動勢的相角、對應(yīng)變流單元中PWM整流器的無功指令電流得到一組驅(qū)動脈沖，并發(fā)送給對應(yīng)的變流單元中PWM整流器的驅(qū)動端的兩個(gè)交流電流環(huán)，所述兩個(gè)交流電流環(huán)與所述兩個(gè)副邊繞組、兩個(gè)變流單元一一對應(yīng)，分別與所述檢測單元、直流電壓環(huán)和運(yùn)算單元連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述檢測單元具體包括 四個(gè)交流電流傳感器，分別與所述兩個(gè)副邊繞組的額定輸出端子和中間抽頭輸出端子連接； 三個(gè)電壓傳感器，分別與所述原邊繞組的輸入端子和所述兩個(gè)變流單元的輸出端連接； 兩個(gè)直流電流傳感器，分別與所述兩個(gè)變流單元的輸出端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述運(yùn)算單元具體包括 用于對所述檢測單元檢測到的原邊繞組的電動勢進(jìn)行從三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，獲得所述原邊繞組的電動勢在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸上的分量的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，與所述檢測單元和兩個(gè)交流電流環(huán)連接； 用于對所述檢測單元檢測到的原邊繞組的電動勢進(jìn)行鎖相，獲得兩個(gè)副邊繞組的電動勢的相角的鎖相環(huán)路單元，與所述檢測單元和兩個(gè)交流電流環(huán)連接； 用于根據(jù)設(shè)定的兩個(gè)變流單元中PWM整流器的總無功指令電流得到各變流單元中PWM整流器的無功指令電流的指令電流單元，與所述兩個(gè)交流電流環(huán)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述二極管整流器包括由6個(gè)二極管單元組成的三相式整流電路，每個(gè)二極管單元包括多個(gè)并聯(lián)的二極管和與每個(gè)二極管串聯(lián)的熔斷器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述PWM整流器包括 3個(gè)交流濾波電容，所述3個(gè)交流濾波電容的一端分別與所述副邊繞組的各中間抽頭輸出端子連接，所述3個(gè)交流濾波電容的另一端互相連接； 3個(gè)交流濾波電感，所述3個(gè)交流濾波電感的一端分別與所述副邊繞組的各中間抽頭輸出端子連接，所述3個(gè)交流濾波電感的另一端分別與所述3個(gè)功率器件的輸入端連接，且所述3個(gè)交流濾波電容與各中間抽頭輸出端子的連接點(diǎn)分別在各中間抽頭輸出端子和所述3個(gè)交流濾波電感之間； 3個(gè)功率器件和I個(gè)直流支撐電容，所述3個(gè)功率器件的輸出端并聯(lián)，且與所述直流支撐電容并聯(lián)； 一個(gè)直流快速熔斷器，串聯(lián)于直流母線上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，所述功率器件為半橋式的絕緣柵雙極型晶體管IGBT智能功率模塊，所述直流支撐電容為薄膜電容。
9.一種基于如權(quán)利要求1-8所述的共用變壓器的牽引供電裝置的控制方法，其特征在于，包括 檢測原邊繞組的電動勢、兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓； 根據(jù)設(shè)定的直流電壓和兩個(gè)變流單元中PWM整流器的總無功指令電流，以及檢測到的原邊繞組的電動勢、兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓，得到兩組驅(qū)動脈沖； 將所述兩組驅(qū)動脈沖分別發(fā)送到兩個(gè)變流單元中的PWM整流器的驅(qū)動端。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)設(shè)定的直流電壓和兩個(gè)變流單元中PWM整流器的總無功指令電流，以及檢測到的原邊繞組的電動勢、兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓，得到兩組驅(qū)動脈沖具體包括 根據(jù)所述設(shè)定的直流電壓、檢測到的兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓，得到各PWM整流器的有功指令電流； 對檢測到的原邊繞組的電動勢進(jìn)行運(yùn)算，得到所述原邊繞組的電動勢在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸上的分量和各副邊繞組的電動勢的相角，并根據(jù)所述設(shè)定的兩個(gè)變流單元中PWM整流器的總無功指令電流，得到各PWM整流器的無功指令電流； 分別根據(jù)對應(yīng)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、對應(yīng)變流單元中PWM整流器的有功指令電流、原邊繞組的電動勢在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸上的分量、對應(yīng)副邊繞組的電動勢 的相角和對應(yīng)變流單元中PWM整流器的無功指令電流，得到一組用于驅(qū)動對應(yīng)變流單元中PWM整流器的驅(qū)動脈沖。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例涉及一種共用變壓器的牽引供電裝置及控制方法，其中方法包括檢測原邊繞組的電動勢、兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓；根據(jù)設(shè)定的直流電壓和兩個(gè)變流單元中PWM整流器的總無功指令電流，以及檢測到的原邊繞組的電動勢、兩個(gè)副邊繞組的各輸出端子的交流電流、兩個(gè)變流單元的輸出電流和輸出電壓，得到兩組驅(qū)動脈沖；將所述兩組驅(qū)動脈沖分別發(fā)送到兩個(gè)變流單元中的PWM整流器的驅(qū)動端。本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了二極管整流器與PWM整流器共用一臺變壓器，降低了設(shè)備成本，同時(shí)減小了體積，增加了實(shí)際工程應(yīng)用的靈活性。
文檔編號H02M7/12GK102647098SQ20121009799
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者全恒立, 刁利軍, 劉志剛, 張鋼, 徐春梅, 楊帆, 林文立, 牟富強(qiáng), 王磊, 路亮, 阮白水, 陳杰 申請人:北京交通大學(xué), 北京千駟馭電氣有限公司