本發(fā)明涉及電力變電或配電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鐵路功率融通變壓設(shè)備。

背景技術(shù)：

我國的電氣化鐵路近年來得到快速發(fā)展，牽引負荷的大量接入對公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量帶來較大影響。電力機車產(chǎn)生的負序、諧波、無功等電能質(zhì)量問題，通過牽引變電站注入公用電網(wǎng)，對電力系統(tǒng)帶來危害，嚴重威脅電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟運行。其中，負序電流增大同步電機的附加損耗、降低變壓器出力、引起繼電保護裝置誤動等；諧波電流引起發(fā)電機、變壓器、輸電線路附加損耗，并可能產(chǎn)生諧波放大燒毀電力設(shè)備；無功功率不足增加輸電線路損耗，降低電壓水平。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，為解決上述問題，本發(fā)明提供一種鐵路功率融通變壓設(shè)備，可有效減少機車牽引負荷對公用電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，保證電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟運行。

其技術(shù)方案如下：

一種鐵路功率融通變壓設(shè)備，包括交流電網(wǎng)，分別連接于所述交流電網(wǎng)兩側(cè)并連接有電力機車的的第一供電臂和第二供電臂，連接所述第一供電臂和第二供電臂的變流模塊，以及連接于所述第一供電臂和變流模塊之間的第一功率融通變壓器、連接于所述第二供電臂和變流模塊之間的第二功率融通變壓器；

所述第一功率融通變壓器和第二功率融通變壓器均包括與所述第一供電臂或第二供電臂連接的高壓端，以及與所述變流模塊連接的低壓端；所述變流模塊包括變流單元，所述變流單元包括與所述第一功率融通變壓器的所述低壓端連接的第一IGBT功率模塊、與所述第二功率融通變壓器的所述低壓端連接的第二IGBT功率模塊、以及連接于所述第一IGBT功率模塊和第二IGBT功率模塊之間的直流電容。

通過在第一供電臂和第二供電臂之間連接設(shè)置變流模塊、第一功率融通變壓器及第二功率融通變壓器，在交流電網(wǎng)的兩供電臂之間實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)移(功率融通變壓器是實現(xiàn)兩供電臂的有功功率轉(zhuǎn)移的重要環(huán)節(jié))，通過功率轉(zhuǎn)移達到兩供電臂的有功平衡，并可類似于配電靜止同步補償器補償無功，使三相電流趨于對稱，實現(xiàn)負序、諧波和無功的綜合補償。通過功率補償裝置對兩個供電臂之間的能量交換，可有效減少電力機車牽引負荷對交流電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，而通過設(shè)置功率融通變壓器可以進一步減小電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置(變流模塊)的容量，達到節(jié)約成本的目的。

下面對進一步技術(shù)方案進行說明：

進一步地，所述第一功率融通變壓器和第二功率融通變壓器均設(shè)置為單相多繞組變壓器。

進一步地，所述單相多繞組變壓器包括矩形框狀鐵心，繞設(shè)于所述鐵心上的一組高壓線圈，以及繞設(shè)于鐵心上的多組低壓線圈；

所述高壓線圈形成所述高壓端并與所述第一供電臂或第二供電臂連接，所述低壓線圈形成所述低壓端并與所述第一IGBT功率模塊或第二IGBT功率模塊連接。

進一步地，所述變流模塊包括多個與所述低壓線圈對應(yīng)的變流單元，每個所述變流單元的所述第一IGBT功率模塊與所述第一功率融通變壓器的一組所述低壓線圈對應(yīng)連接、所述第二IGBT功率模塊與所述第二功率融通變壓器的一組所述低壓線圈對應(yīng)連接。

進一步地，所述第一功率融通變壓器和第二功率融通變壓器均設(shè)置為單相四繞組變壓器，所述單相四繞組變壓器具有四組所述低壓線圈，所述變流模塊包括與四組所述低壓線圈對應(yīng)的四個所述變流單元。

進一步地，所述鐵心包括兩根豎直并排的繞線柱，所述高壓線圈包括分別繞設(shè)于每根所述繞線柱上的一組高壓繞組；

每根所述繞線柱上的一組所述高壓繞組分裂為上下兩個高壓繞組單元，且每根所述繞線柱上的兩個所述高壓繞組單元并聯(lián)后與另一根所述繞線柱上的兩個所述高壓繞組單元并聯(lián)。

進一步地，每組所述低壓線圈包括對應(yīng)設(shè)置于一個所述高壓繞組單元內(nèi)側(cè)的一個低壓繞組，每個所述低壓繞組包括一個低壓繞組單元，且每個所述低壓繞組單元相互獨立并與一個所述第一IGBT功率模塊或第二IGBT功率模塊連接。

進一步地，所述鐵心包括多片疊裝的矩形框狀硅鋼片，且多片所述硅鋼片的兩端分別夾設(shè)有夾具結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明具有如下突出的優(yōu)點：通過在兩個供電臂之間設(shè)置變流模塊和功率融通變壓器形成的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置，在交流電網(wǎng)的兩供電臂之間實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)移使兩供電臂達到有功平衡?？捎行p少電力機車牽引負荷對交流電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，并可以進一步減小電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的容量，節(jié)約成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例所述鐵路功率融通變壓設(shè)備的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例所述鐵路功率融通變壓設(shè)備的功率融通變壓器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例所述鐵路功率融通變壓設(shè)備的功率融通變壓器的實體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例所述鐵路功率融通變壓設(shè)備的變流模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

100-交流電網(wǎng)，110-第一供電臂，120-第二供電臂，200-變流模塊，210-第一IGBT功率模塊，220-第二IGBT功率模塊，230-直流電容，300a-第一功率融通變壓器，300b-第二功率融通變壓器，302-高壓端，304-低壓端，310-鐵心，320-夾具結(jié)構(gòu)，330-高壓線圈(或低壓線圈)，332-高壓繞組單元，334-低壓繞組單元。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的實施例進行詳細說明：

如圖1所示，一種鐵路功率融通變壓設(shè)備，包括交流電網(wǎng)100，分別連接于所述交流電網(wǎng)100兩側(cè)并連接有電力機車的的第一供電臂110和第二供電臂120，連接于所述第一供電臂110和第二供電臂120之間的變流模塊200，以及連接于所述第一供電臂110和變流模塊200之間的第一功率融通變壓器300a、連接于所述第二供電臂120和變流模塊200之間的第二功率融通變壓器300b。通過在第一供電臂110和第二供電臂120之間連接設(shè)置變流模塊200、第一功率融通變壓器300a及第二功率融通變壓器300b，在交流電網(wǎng)100的兩供電臂之間實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)移(功率融通變壓器是實現(xiàn)兩個供電臂的有功功率轉(zhuǎn)移的重要環(huán)節(jié))，通過功率轉(zhuǎn)移達到兩個供電臂的有功平衡，并可類似于配電靜止同步補償器補償無功，使三相電流趨于對稱，實現(xiàn)負序、諧波和無功的綜合補償。通過功率補償裝置對兩個供電臂之間的能量交換，可有效減少電力機車牽引負荷對交流電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，而通過設(shè)置功率融通變壓器可以進一步減小電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置(變流模塊)的容量，達到節(jié)約成本的目的。

此外，如圖2至圖3所示，所述第一功率融通變壓器300a和第二功率融通變壓器300b均包括與所述第一供電臂110或第二供電臂120連接的高壓端302，以及與所述變流模塊200連接的低壓端304。

此外，如圖4所示，所述變流模塊200包括變流單元，所述變流單元包括與所述第一功率融通變壓器300a的所述低壓端304連接的第一IGBT功率模塊210、與所述第二功率融通變壓器300b的所述低壓端304連接的第二IGBT功率模塊220、以及連接于所述第一IGBT功率模塊210和第二IGBT功率模塊220之間的直流電容230。且所述第一IGBT功率模塊和第二IGBT功率模塊電路結(jié)構(gòu)相同。即變流模塊200由多個IGBT功率模塊與直流電容組成。IGBT功率模塊可實現(xiàn)整流逆變的過程，并通過直流電容進行穩(wěn)壓，在功率雙向流通的過程中穩(wěn)定交流電網(wǎng)電壓。IGBT功率模塊是以絕緣柵雙極型晶體管(IGBT，即Insulated Gate Bipolar Transistor)構(gòu)成的功率模塊，IGBT功率模塊是電壓型控制，輸入阻抗大，驅(qū)動功率小，控制電路簡單，開關(guān)損耗小，通斷速度快，工作頻率高，元件容量大。直流電容即直流支撐電容器，又稱DC-Link電容器，在逆變電路中主要是對IGBT功率模塊的輸出電壓進行平滑濾波，吸收來自于IGBT功率模塊向直流電容索取的高幅值脈動電流，阻止其在直流電容的阻抗上產(chǎn)生高幅值脈動電壓，使直流母線上的電壓波動保持在允許范圍，還可防止來自于直流電容的電壓過沖和瞬時過電壓對IGBT功率模塊的影響。

而且，如圖3所示，所述第一功率融通變壓器300a和第二功率融通變壓器300b均設(shè)置為單相多繞組變壓器。所述單相多繞組變壓器區(qū)別于傳統(tǒng)電力變壓器的低短路阻抗(大概在4％～8％)，可使功率融通變壓器(即第一功率融通變壓器300a或第二功率融通變壓器300b)的短路阻抗可達30％～40％高阻抗特性(采用等效漏抗作為濾波電感)，與變流模塊200配合可濾除交流電網(wǎng)中13次及以下的高次諧波。

進一步地，所述單相多繞組變壓器包括矩形框狀鐵心310、繞設(shè)于所述鐵心310上的一組高壓線圈330、以及繞設(shè)于鐵心310上的多組低壓線圈。所述高壓線圈形成所述高壓端302并與所述第一供電臂110或第二供電臂120連接，所述低壓線圈形成所述低壓端304并與所述第一IGBT功率模塊210或第二IGBT功率模塊220連接。對應(yīng)地，所述變流模塊200包括多個與所述低壓線圈對應(yīng)的變流單元，每個所述變流單元的所述第一IGBT功率模塊210與所述第一功率融通變壓器300a的一組所述低壓線圈對應(yīng)連接、所述第二IGBT功率模塊220與所述第二功率融通變壓器300b的一組所述低壓線圈對應(yīng)連接。

在一個實施例中，所述第一功率融通變壓器300a和第二功率融通變壓器300b均設(shè)置為單相四繞組變壓器，所述單相四繞組變壓器具有四組所述低壓線圈，所述變流模塊200包括與四組所述低壓線圈對應(yīng)的四個所述變流單元。而且，所述鐵心310包括兩根豎直并排的繞線柱，所述高壓線圈包括分別繞設(shè)于每根所述繞線柱上的一組高壓繞組。每根所述繞線柱上的一組所述高壓繞組分裂為上下兩個高壓繞組單元332，且每根所述繞線柱上的兩個所述高壓繞組單元332并聯(lián)后與另一根所述繞線柱上的兩個所述高壓繞組單元332并聯(lián)。此外，每組所述低壓線圈包括對應(yīng)設(shè)置于一個所述高壓繞組單元332內(nèi)側(cè)的一個低壓繞組，每個所述低壓繞組包括一個低壓繞組單元334(同樣繞設(shè)于所述繞線柱上)，且每個所述低壓繞組單元334相互獨立并與一個所述第一IGBT功率模塊210或第二IGBT功率模塊220連接。即所述高壓線圈采用兩柱并聯(lián)并且單柱上下并聯(lián)的分裂結(jié)構(gòu)，而四組所述低壓線圈分別與四個并聯(lián)分裂的高壓線圈一一對應(yīng)分布。采用上述結(jié)構(gòu)的功率融通變壓器(第一功率融通變壓器300a和第二功率融通變壓器300b)，在使用工況惡劣，牽引供電網(wǎng)高諧波含量、負序電流、無功損耗等電能質(zhì)量問題嚴重，以及變壓器與變流模塊連接存在一定直流分量的情況下，能夠解決抬高電壓時造成的變壓器鐵心磁飽和、鐵心損耗增加、變壓器噪音增大等問題。另外，功率融通變壓器的等效漏抗是作為濾波電感，對交流電網(wǎng)電壓進行濾波，采用上述結(jié)構(gòu)的功率融通變壓器，可以保證變壓器阻抗的穩(wěn)定性，可使穿越阻抗(四組低壓線圈同時投入運行時阻抗)和半穿越阻抗(單組、兩組或三組低壓線圈投入運行時阻抗)均穩(wěn)定維持在30％～40％之間。

此外，所述鐵心可采用疊片式結(jié)構(gòu)，包括多片疊裝的矩形框狀硅鋼片，每片硅鋼片可分成兩部分再連接在一起，這樣便于將線圈放置在鐵心柱上。而且，多片所述硅鋼片的兩端分別夾設(shè)有夾具結(jié)構(gòu)，通過夾具結(jié)構(gòu)可將鐵心夾緊。

本發(fā)明提出的鐵路功率融通變壓設(shè)備，通過在兩個供電臂之間設(shè)置變流模塊和功率融通變壓器形成的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置，在交流電網(wǎng)的兩供電臂之間實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)移使兩供電臂達到有功平衡?？捎行p少電力機車牽引負荷對交流電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，并可以進一步減小電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的容量，節(jié)約成本。

以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。