阅读说明：本技术 同相供电装置、贯通式同相供电构造、系统及控制方法 (In-phase power supply device, through type in-phase power supply structure, system and control method ) 是由 吴波 张伟鹏 杨智灵 冯治富 于 2020-08-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种同相供电装置,包括单相分裂多绕组变压器和三组变流模块,所述单相分裂多绕组变压器包括单相原边绕组和多个单相副边绕组,每组变流模块包括n个背靠背H桥单元,每组变流模块中的n个背靠背H桥单元的整流侧端口级联,每个背靠背H桥单元的牵引侧端口分别与所述单相分裂多绕组变压器的单相副边绕组对应连接,其中,三组变流模块级联后的整流侧端口采用Y形连接或△形连接并作为所述同相供电装置的三相输入端,所述单相分裂多绕组变压器的单相原边绕组作为所述同相供电装置的单相输出端,其中,n≥1。本发明能实现铁路全线同相供电贯通而无需分相,保证机车的高速、重载运行。(The invention provides an in-phase power supply device which comprises a single-phase split multi-winding transformer and three groups of current transformation modules, wherein the single-phase split multi-winding transformer comprises a single-phase primary winding and a plurality of single-phase secondary windings, each group of current transformation modules comprises n back-to-back H-bridge units, the rectifying side ports of the n back-to-back H-bridge units in each group of current transformation modules are cascaded, the traction side port of each back-to-back H-bridge unit is correspondingly connected with the single-phase secondary winding of the single-phase split multi-winding transformer respectively, the rectifying side ports after the three groups of current transformation modules are cascaded are connected in a Y shape or a delta shape and serve as the three-phase input end of the in-phase power supply device, the single-phase primary winding of the single-phase split multi-winding transformer serves as the single-. The invention can realize the full-line in-phase power supply communication of the railway without phase splitting, and ensures the high-speed and heavy-load operation of the locomotive.)

同相供电装置、贯通式同相供电构造、系统及控制方法

技术领域

本发明涉及交流电气化铁路供电技术领域,具体涉及一种同相供电装置、贯通式同相供电构造、系统及控制方法。

背景技术

交流牵引供电系统是将三相电网电压经牵引变压器降压后为牵引网供电，由于牵引负荷为单相负载，而电网为三相对称系统，负载不平衡会在三相系统中产生负序电流，为使电力系统三相尽可能平衡，接触网采用分段换相供电，接触网每隔几十公里会设置一个电分段区，电分段的存在会造成列车速度和牵引力的损失，给电气化铁路带来不利影响。

理论和实践表明采用同相供电技术可以在取消牵引变电所出口处电分相、消除供电瓶颈的同时，还能有效治理负序电流，达到以三相电压不平衡度(负序)限值为主的电能质量要求，有利于促进电力与铁路的和谐发展。但这种方案由于相邻变电所电压可能存在差异，仍需设置分区所电分相，如何解决分区所电分相问题是电气化铁路领域的研究热点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种同相供电装置、贯通式同相供电构造、系统及控制方法，能实现铁路全线同相供电贯通而无需分相，保证机车的高速、重载运行；同时，该系统能消除铁路牵引负荷对公用电网电能的负序、无功和谐波影响，充分利用制动能量。本发明通过以下技术手段实现：

本发明的第一方面在于提供一种同相供电装置，包括单相***多绕组变压器和三组变流模块，所述单相***多绕组变压器包括单相原边绕组和多个单相副边绕组，每组变流模块包括n个背靠背H桥单元，每组变流模块中的n个背靠背H桥单元的整流侧端口级联，每个背靠背H桥单元的牵引侧端口分别与所述单相***多绕组变压器的单相副边绕组对应连接，其中，三组变流模块级联后的整流侧端口采用Y形连接或△形连接并作为所述同相供电装置的三相输入端，所述单相***多绕组变压器的单相原边绕组作为所述同相供电装置的单相输出端，其中，n≥1。

进一步地，所述背靠背H桥单元的整流侧变流器为电流源变流器，逆变侧变流器为电压源或电流源变流器，所述整流侧变流器和逆变侧变流器之间并联有电容。

进一步地，所述电压源变流器的控制采用载波移相控制技术。

进一步地，所述背靠背H桥单元为两电平结构或三电平结构。

进一步地，所述单相***多绕组变压器的单相原边绕组并联有滤波电路。

进一步地，所述同相供电装置的三相输入端串联有三相输入电抗器。

进一步地，所述三相输入电抗器的每两相之间并联有滤波电路。

本发明的第二方面在于提供一种包括上述同相供电装置的贯通式同相供电构造，所述贯通式同相供电构造还包括牵引变压器，所述牵引变压器的三相原边绕组与三相电网连接，所述牵引变压器的三相副边绕组与所述同相供电装置的三相输入端连接，所述同相供电装置的单相输出端与接触网连接。

进一步地，所述同相供电装置的数量为t，t个同相供电装置相互并联，其中，t≥1。

本发明的第三方面在于提供一种包括上述贯通式同相供电构造的贯通式同相供电系统，所述贯通式同相供电构造的数量为m，其中，m≥2。

进一步地，两个所述贯通式同相供电构造之间的接触网上设置有分区所，所述分区所内设置有并联的电分段和开关。

本发明的第四方面在于提供一种控制上述贯通式同相供电系统的控制方法，包括：

检测并获取与第i个贯通式同相供电构造连接的接触网的电压；

控制第i个贯通式同相供电构造中的同相供电装置向接触网输出供电电压，使与第i个贯通式同相供电构造连接的接触网的电压与基准电压相同或与基准电压的偏差满足预设要求；其中，1≤i≤m。

本发明的有益效果在于：(1)完全取消电分相，实现真正同相供电，机车在接触网运行全过程无需过分相操作，安全可靠，无速度损失；(2)由于同相供电装置是三相对称输入，所以外部电力系统三相系统平衡，无需负序和无功补偿，谐波达标；(3)牵引变压器容量利用率高，牵引所固定容量和运行费用降低；(4)制动能量可控地减少回馈至三相系统，充分利用制动能量。

附图说明

图1为根据一示例性实施例示出的一种同相供电装置结构示意图。

图2为根据一示例性实施例示出的另一种同相供电装置结构示意图。

图3为根据一示例性实施例示出的一种两电平结构背靠背H桥单元结构示意图。

图4为根据一示例性实施例示出的一种三电平结构背靠背H桥单元结构示意图。

图5为根据一示例性实施例示出的一种贯通式同相供电系统结构示意图。

图6为根据一示例性实施例示出的一种贯通式同相供电系统控制方法流程图。

附图标记：1—单相多绕组***变压器，2—变流模块，3—背靠背H桥单元。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供一种同相供电装置，包括单相***多绕组变压器1和三组变流模块2，所述单相***多绕组变压器1包括单相原边绕组和多个单相副边绕组，每组变流模块2包括n个背靠背H桥单元3，每组变流模块2中的n个背靠背H桥单元3的整流侧端口级联，每个背靠背H桥单元3的牵引侧端口分别与所述单相***多绕组变压器1的单相副边绕组对应连接，其中，三组变流模块2级联后的整流侧端口采用Y形连接(如图1所示)或△形连接(如图2所示)并作为所述同相供电装置的三相输入端，所述单相***多绕组变压器1的单相原边绕组作为所述同相供电装置的单相输出端，其中，n≥1。

作为优选，所述背靠背H桥单元3的整流侧变流器为电流源变流器，逆变侧变流器为电压源变流器或电流源变流器，所述整流侧变流器和逆变侧变流器之间的直流母线并联有电容。这里，背靠背H桥单元3的整流侧变流器采用电流源变流器，目标是控制直流母线电压恒定和无功、谐波的补偿，背靠背H桥单元3的逆变侧变流器采用电压源变流器，目标是提供稳定可调的牵引网电压以及各个单元间的均流。

作为优选，所述电压源变流器的控制采用载波移相控制技术。这里，采用载波移相控制技术，使得变压器原边侧获得良好的谐波抑制特性。

作为优选，如图3所示，所述背靠背H桥单元3为两电平结构或三电平结构。作为另一种优选，如图4所示，所述单相***多绕组变压器1的单相原边绕组并联有滤波电路。

作为优选，所述同相供电装置的三相输入端串联有三相输入电抗器。

作为优选，所述三相输入电抗器的每两相之间并联有滤波电路。

实施例2

在实施例1的基础上，如图5所示，本实施例提供一种包括同相供电装置的贯通式同相供电构造，本实施例还包括牵引变压器，所述牵引变压器的三相原边绕组与三相电网连接，所述牵引变压器的三相副边绕组与所述同相供电装置的三相输入端连接，所述同相供电装置的单相输出端与接触网连接。

本实施例中，牵引变压器的数量可以设置两个，两个牵引变压器互为备用来提高供电可靠性。另外，牵引变压器可以为Scott变压器、Vv型变压器、YNd型变压器、Dyn型变压器、Yyn型变压器或Yd型变压器中的一种，也可以为其他形式的变压器，根据实际情况选择即可。

作为优选，本实施例中的同相供电装置的数量为t，t个同相供电装置相互并联。具体的，一个贯通式同相供电构造中的每个同相供电装置的三相输入端均与牵引变压器的三相副边绕组连接，每个同相供电装置的单相输出端与接触网连接。

实施例3

在实施例2的基础上，如图5所示，本实施例提供一种包括贯通式同相供电构造的贯通式同相供电系统，其中，贯通式同相供电构造的数量为m，m≥2。实施本实施例时，两个所述贯通式同相供电构造之间的接触网上可以设置分区所，所述分区所内设置有并联的电分段和开关。

实施本实施例时，通过控制同相供电装置向接触网输出供电电压来使整个接触网的电压在整体上保持一致，在此基础上，控制开关闭合，从而实现真正同相供电。需要说明的是，电分段不同于电分相，本实施例设置电分段，一方面是为了好分段检修，另一方面是因为控制整个接触网的电压保持一致需要一个过程，虽然这个过程很短，但是是存在的，因此，在整个接触网的电压没有达到一致时，为了提高系统的安全性和可靠性，可以通过设置电分段来将不同区段接触网分开，当整个接触网的电压在整体上保持一致后再控制开关闭合，实现真正同相供电。

实施例4

如图6所示，本实施例提供一种控制实施例3中贯通式同相供电系统的控制方法，包括：

A1：检测并获取与第i个贯通式同相供电构造连接的接触网的电压；

A2：控制第i个贯通式同相供电构造中的同相供电装置向接触网输出供电电压，使与第i个贯通式同相供电构造连接的接触网的电压与基准电压相同或与基准电压的偏差满足预设要求；其中，1≤i≤m。

实施本实施例时，对于步骤A2，可以选择其中一个贯通式同相供电构造作为参考，与选做参考的贯通式同相供电构造连接的接触网的电压作为基准电压，分别控制与其余m-1个贯通式同相供电构造连接的接触网的电压与基准电压相同，或与基准电压的偏差满足预设要求；也可以预先设定一个基准电压，分别控制与m个贯通式同相供电构造连接的接触网的电压与基准电压相同，或与基准电压的偏差满足预设要求。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。