[发明专利]基于三相串联电压源型对称变换的铁路牵引交流同相供电装置

说明书

技术领域

本发明一般涉及铁路牵引变电设备，更具体地涉及一种基于三相串联电压源型对称变换的铁路牵引交流同相供电装置。

背景技术

申请人的在先专利CN1039271C提出了一种高电压电力变换方法及其变换装置，摒弃了传统的整体变换方式，无论整机输入是交流电还是直流电，均将其变换成一定路数的、彼此间电位独立的交流电(中间交流)，分别整流滤波后形成相同路数的直流电(中间直流)，然后通过串联电桥按一定规律叠加，输出所需的单相交流电、三相交流电或直流电。此种变换方式称之为中间交直方式，利用电位叠加的原理将开关器件分为若干个组，实现电力变换开关器件的强制均压，降低对控制系统的要求；使变换器的部件模块化，从而降低制造成本。

申请人的另一篇在先专利CN 1061486C披露了一种电力变换技术中的波形连续变换方法，可应用于闭环或开环控制的高电压电力变换系统中。分别通过计算系统的实际输出频率值和设置系统最终运转频率值，由压频曲线或由模糊算法得到输出的线电压峰值，再根据线电压峰值的取值范围调整主控制器的算法，从而计算三相实时的输出量。该方法能够保证线电压为正弦的前提下可连续调节相电压输出波形的形状，实现无级变化，保证逆变单元的最高电压利用率和最佳线电压波形和最小的谐波。

目前我国电气化铁路牵引变电所都是从公共电网上取电，普遍采用单相工频交流电为机车供电。电力系统希望所有的负载都从电网上取用三相对称的基波电流，以充分利用线路、设备的容量，减少无功电流和谐波电流对系统的危害。为满足该要求，电气化铁路采用相序轮换，分段分相供电的方案，即铁路沿线每25km左右设一个供电所，各个区段所依次分别由电网中的不同相供电，各区段之间设置30m左右的分相区段，并有分相装置进行分相。当各相分别供电的区段上运行的机车负荷相同时，就可使电力系统在大的范围内三相负荷平衡。但是由于各区段的牵引负荷的大小不可能随时相同，分相分段方案只是在一定程度上减轻了三相不平衡的影响，而不能从根本上解决铁路负荷单相用电对整个公用电网的影响。同时由于电分相装置的存在，当机车运行到一个供电区段末端时，必须经过退网、断电等一系列复杂的操作，滑行到下一个区段再逐项恢复正常运行。这不仅增加了机车操作的复杂程度，同时又严重制约了机车运行速度的提高和牵引力的发挥。

对于以上铁路牵引变电所存在的问题，目前大部分采用无功补偿装置或并联电容器固定补偿模式。由于牵引负荷运行的剧烈变化，便造成轻载无功的过补偿和重载无功的欠补偿，其结果均造成牵引供电等功率因数偏低。

为了治理谐波和提高功率因数，多年来国内外都先后研发了多种形式的静止无功补偿和谐波装置，其中主要有SVC和SVG技术。但无论SVC还是SVG等现有装置都是基于补偿的原理。通过检测系统工作状态调整补偿资源。所以控制系统复杂，影响补偿效果，并且受功率器件的影响。在解决三相平衡的同时，自然产生附加的高次谐波。由于电力机车具有重载、变载、高速、长距离、移动等特性，谐波、负序和功率因数低等三大问题一直没有得到较理想的解决。

对于我国现行经济发展状态要求，高速、负载电气化铁路是必然选择。目前的铁路交流牵引供电系统不能实现同相供电。分相环节，虽然已有自动过分相装置，但因其电压高、转换工作频繁，其准确性和可靠性存在严重问题。由于我国国情所致，将来建设的大部分新线和原有线路改造后的高速铁路基本上是高中速混跑模式。新的交-直-交电源机车与交-直电源机车虽然能消除谐波和功率因数低的问题，但是负序影响依然存在，电能质量不能得到较好的改善，严重制约铁路和电力双方的发展。

因此，鉴于上述缺点，需要一种能够实现铁路同相供电，并使各牵引变电所区段供电电压保持稳定的交流牵引同相供电装置，从而保证机车的高速重载运行，消除牵引负荷从公用电网上取电对网上电能质量的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于三相串联电压源型对称变换的电气化铁路交流牵引同相供电装置，该装置能实现铁路同相供电，各牵引变电所区段供电电压稳定。各区段互为备份，能保证机车的高速重载运行，消除牵引负荷从公用电网上取电对网上电能质量的影响。该装置可用于新线建设和原有线路改造，从整体上具有成本低，运行安全，节能降耗，便于维护管理，便于实施。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于三相串联电压源型对称变换的铁路交流牵引同相供电装置，其特征在于包括：