一種基于模塊化級(jí)聯(lián)h橋的有源補(bǔ)償同相供電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種基于模塊化級(jí)聯(lián)H橋的有源補(bǔ)償同相供電系統(tǒng)，特別涉及交 流電氣化鐵路和電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于有源補(bǔ)償技術(shù)的電氣化鐵路同相供電系統(tǒng)是一種較為理想的供電方案，它克 服了無(wú)源補(bǔ)償在高頻諧振、動(dòng)態(tài)性及靈活性等方面的不足，有效地解決了電分相問(wèn)題，實(shí)現(xiàn) 了負(fù)序、諧波和無(wú)功的綜合補(bǔ)償。受電力電子器件單管電壓等級(jí)和容量的限制，目前有源補(bǔ) 償裝置往往需要借助于中間變壓器得以實(shí)現(xiàn)。因?yàn)殡姎饣F道牽引網(wǎng)最高電壓可達(dá)31kV， 而目前牽引變流器的功率開(kāi)關(guān)器件最高電壓等級(jí)為6. 5kV，并且器件價(jià)格隨電壓等級(jí)升高 呈非線性增加。然而，中間變壓器的使用是以升高電流換取較低電壓的做法，對(duì)有源補(bǔ)償裝 置的容量并無(wú)裨益。這樣反而增加了變壓器投資和系統(tǒng)損耗，占地面積和設(shè)備散熱也隨之 而來(lái)，給工程實(shí)施帶來(lái)諸多不便，特別是既有線改造場(chǎng)地受限時(shí)更為明顯。
[0003] 通過(guò)將多個(gè)模塊化H橋進(jìn)行級(jí)聯(lián)，可適應(yīng)更高的電壓等級(jí)和容量要求，再加之 模塊化程度高，易于擴(kuò)展，諧波特性優(yōu)秀、開(kāi)關(guān)器件損耗小等特點(diǎn)，可適用于電氣化鐵路 27. 5kV電壓等級(jí)而取消中間變壓器環(huán)節(jié)，補(bǔ)償裝置的過(guò)載能力也能得以改善。
[0004] 本實(shí)用新型提出一種基于模塊化級(jí)聯(lián)H橋的有源補(bǔ)償同相供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三相一 兩相牽引變電所兩牽引臂供電到單牽引臂供電的轉(zhuǎn)換，主要用于交流電氣化鐵路供電場(chǎng) 合，亦可用于其它無(wú)功、諧波補(bǔ)償場(chǎng)合。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的目的就是提供一種基于模塊化級(jí)聯(lián)H橋的有源補(bǔ)償同相供電系統(tǒng)， 取消電分相，實(shí)現(xiàn)負(fù)序、諧波和無(wú)功的綜合治理，主要用于交流電氣化鐵路供電場(chǎng)合，亦可 用于其它無(wú)功、諧波補(bǔ)償場(chǎng)合。
[0006] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題，所采用的技術(shù)方案為：一種基于模塊化級(jí)聯(lián)H橋的 同相供電系統(tǒng)，其特征在于，主要由牽引變壓器和級(jí)聯(lián)H橋有源補(bǔ)償裝置組成，其中，牽引 變壓器原邊接于三相電網(wǎng)，次邊形成兩個(gè)牽引側(cè)a和0 ;級(jí)聯(lián)H橋有源補(bǔ)償裝置由三個(gè)級(jí) 聯(lián)H橋臂構(gòu)成"n"型結(jié)構(gòu)，記"n"結(jié)構(gòu)上方一橋臂為橫臂，另兩橋臂為縱臂；即：橫臂跨接 在牽引變壓器次邊兩牽引側(cè)a和0之間，牽引變壓器次邊兩牽引側(cè)a和0分別與"n" 結(jié)構(gòu)的左右兩縱臂并聯(lián)后再由牽引側(cè)之一a(或0)接于牽引母線，轉(zhuǎn)變兩側(cè)供電為單側(cè) 供電，即同相供電，以實(shí)現(xiàn)負(fù)序、無(wú)功、諧波的補(bǔ)償；每個(gè)級(jí)聯(lián)H橋臂均由結(jié)構(gòu)相同的H橋模 塊SM與電感L串聯(lián)而成；H橋模塊SM為二電平單相全橋結(jié)構(gòu)，由四個(gè)可控開(kāi)關(guān)和一個(gè)直流 儲(chǔ)能電容構(gòu)成，可控開(kāi)關(guān)由IGBT與反向二極管并聯(lián)而成；三個(gè)橋臂分別直掛于交流系統(tǒng)， 縱臂承受單相交流電壓，橫臂承受兩牽引側(cè)電壓差值；橋臂交流電壓由SM的直流電容電壓 U。組合得到，并由電感L上的電壓加以彌補(bǔ)。
[0007] 本實(shí)用新型的工作原理是：
[0008] 1，當(dāng)牽引母線接于牽引變壓器次邊牽引側(cè)a時(shí)，a偵U向牽引母線提供（吸收，系 再生制動(dòng)工況）主要功率，剩余功率由e側(cè)通過(guò)"n"型有源補(bǔ)償裝置提供（吸收），總的 負(fù)序、無(wú)功和諧波標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)標(biāo)要求范圍內(nèi)。當(dāng)牽引母線接于e側(cè)時(shí)，情況亦然。當(dāng)兩牽引 側(cè)電壓相位角相差120度時(shí)，稱為120度按線，三個(gè)級(jí)聯(lián)H橋臂承受的交流電壓相等，SM子 模塊數(shù)相等。當(dāng)兩牽引側(cè)電壓相位角相差90度時(shí)，稱為90度接線，橫臂承受電壓為縱臂電 壓的七倍，SM子模塊數(shù)目也為縱臂的^倍，接有牽引母線的牽引側(cè)僅提供（吸收）有功 功率，剩余的有功和全部無(wú)功均通過(guò)"n"型有源補(bǔ)償裝置提供（吸收）。各個(gè)級(jí)聯(lián)H橋臂 結(jié)構(gòu)上彼此獨(dú)立，無(wú)相互耦合聯(lián)系。由于無(wú)共同直流環(huán)節(jié)，屬交一交型變換能量傳遞系統(tǒng)。 通過(guò)控制各個(gè)級(jí)聯(lián)H橋臂可實(shí)現(xiàn)負(fù)序、無(wú)功、諧波的補(bǔ)償。當(dāng)需要進(jìn)行牽引網(wǎng)防融冰時(shí)，只 需要牽引母線側(cè)的橋臂產(chǎn)生相應(yīng)大小的防融冰電流即可。
[0009] 2,對(duì)于已采用大功率交直交型電力機(jī)車或動(dòng)車組的高速和重載鐵路，其負(fù)荷的功 率因數(shù)接近于1，可忽略無(wú)功功率。在這種情況下，對(duì)于120度接線牽引變壓器，級(jí)聯(lián)H橋 有源補(bǔ)償裝置可省去一個(gè)縱臂，變成兩橋臂"「"型結(jié)構(gòu)，兩牽引側(cè)與有源補(bǔ)償裝置聯(lián)結(jié)形 式為：橫臂跨接在牽引變壓器次邊兩牽引側(cè)a和0之間，縱臂與牽引變壓器次邊牽引側(cè)之 一a(或0)并聯(lián)后由另一牽引側(cè)M或a)接于牽引母線；對(duì)于90度接線牽引牽引變壓 器，級(jí)聯(lián)H橋有源補(bǔ)償裝置省去橫臂，變成兩橋臂"II"型結(jié)構(gòu)，兩牽引側(cè)與有源補(bǔ)償裝置聯(lián) 結(jié)形式為：牽引變壓器次邊兩牽引側(cè)a和0分別與"II"結(jié)構(gòu)的左右兩縱臂并聯(lián)，而此時(shí) 牽引母線接于原"n"結(jié)構(gòu)橫臂所在位置，即牽引母線正負(fù)端鈕跨接在牽引變壓器次邊兩牽 引側(cè)a和0之間。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：
[0011] 一、本實(shí)用新型采用"n"型模塊化級(jí)聯(lián)H橋拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)了同相供電系統(tǒng)負(fù)序、無(wú)功 和諧波的補(bǔ)償，較現(xiàn)有的有源補(bǔ)償同相供電系統(tǒng)省去了中間變壓器，并保證了更好的過(guò)負(fù) 載能力。
[0012] 二、本實(shí)用新型采用的"n"結(jié)構(gòu)具有通用性，可適用于各類三相一兩相牽引變電 所。
[0013] 三、本實(shí)用新型采用的"n"結(jié)構(gòu)的變體"「"、"ii"結(jié)構(gòu)，在保證補(bǔ)償性能的前提 下，更利于簡(jiǎn)化有源補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)，降低容量。
[0014] 四、本實(shí)用新型采用無(wú)耦合式交一交變換系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制。
[0015] 五、本實(shí)用新型具備交流牽引網(wǎng)防融冰功能。
[0016] 六、本實(shí)用新型技術(shù)先進(jìn)、可靠，易于實(shí)施。
[0017] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的級(jí)聯(lián)H橋臂的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的H橋示意圖。
【具體實(shí)施方式】[0023] 實(shí)施例1
[0024] 圖1示出，本實(shí)用新型的一種【具體實(shí)施方式】為：本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題，所采 用的技術(shù)方案為：一種基于模塊化級(jí)聯(lián)H橋的同相供電系統(tǒng)，主要由牽引變壓器和級(jí)聯(lián)H 橋有源補(bǔ)償裝置組成；其中，牽引變壓器為三相一兩相變壓器YNdll，VV，Scott中的一種， 其原邊接于三相電網(wǎng)，次邊ax和bx為兩個(gè)牽引側(cè)輸出；級(jí)聯(lián)H橋有源補(bǔ)償裝置由三個(gè)級(jí)聯(lián) H橋臂構(gòu)成"II"型結(jié)構(gòu)，記"II"結(jié)構(gòu)上方一橋臂MMC。為橫臂，另兩橋臂為縱臂MMCa、MMCb; 牽引變壓器次邊兩牽引側(cè)ax、bx分別與"II"結(jié)構(gòu)的MMCa、MMCb縱臂并聯(lián)后再由牽引側(cè)ax 接于牽引母線，bx不接牽引母線，因此，可將兩側(cè)供電轉(zhuǎn)變?yōu)閱蝹?cè)供電，即同相供電。每個(gè) 級(jí)聯(lián)H橋臂均由結(jié)構(gòu)相同的H橋模塊SM與電感L串