[实用新型]一种混合式牵引供电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种供电变流装置，尤其是指用于轨道交通车辆牵引供电的混合式牵引供电装置。

背景技术

发展城市轨道交通，不仅是缓解城市交通拥堵的有效措施，也是改善城市人居环境、促进城市可持续发展的必然要求。

目前，我国城市轨道交通供电装置采用的是二极管整流器，供电电压为750V或1500V。这种二极管整流器沿用至今已经有几十年历史，它的最大优点是装置结构简单、性能可靠，但在“节能减排”和“大力发展城市轨道交通”逐渐提上日程的今天，其存在的一些不足之处也日益突显：

1、能量不能双向流动；车辆制动时的能量不能回馈电网，造成能量的大大浪费；

2、无输出电压调节功能，输出电压波动大；交流输入电压的波动，以及车辆不同运行工况间的切换，都会导致直流电压的较大波动(500-900V)，不利于车辆全功率可靠运行；

3、需要外加笨重制动电阻装置，不利于车辆轻型化。为了防止车辆制动能量导致直流电网电压超过限定值，目前普遍采用在车上配备制动电阻将制动能量以热能消耗掉；

4、对交流电网谐波污染较大。虽然通过增加二极管整流器的脉波数，可以大大减小输入电流谐波，但所需移相整流变压器设计复杂，所以目前二极管整流多采用24脉波。

PWM整流器具有能量双向流动，功率因数高，直流输出电压可调等诸多优点。因此，有人提出用PWM整流器简单替代现有牵引供电系统中二极管整流器，但是PWM整流器相对于二极管整流器电路结构和控制算法都非常复杂、成本大大增加、可靠性降低。此外，为了减小交流谐波，功率器件处于频繁的开关状态，若PWM整流器长期工作于大功率状态，能量损耗比较严重。

实用新型内容

本实用新型提出了一种混合式的牵引供电装置，该装置将二极管整流器机组和PWM整流器机组作为为一个有机整体，在控制上采用协调控制策略和等效调制频率倍增技术，使二极管整流器机组和PWM整流器机组的并联运行得以成功实现，并且大大提高整个供电装置性能，降低成本。

本实用新型的技术方案是：一种混合式牵引供电装置，包括二极管整流机组(1)，其特征在于：还设置有PWM整流机组(5)和中央控制器，二极管整流机组和PWM整流机组在交流侧和直流侧相连，构成并联关系，中央控制器通过CAN网络(9)与PWM整流机组中所有PWM整流器单元连接；中央控制器硬件包括五个传感器、一块信号调理板和一块CPU板，所述传感器包括2个交流电压传感器、2个交流电流传感器、一个直流电压传感器，交流电压传感器用于检测二极管两相交流电网电压u_a和u_b，交流电流传感器用于检测二极管整流机组的两相交流电流i_a和i_b，直流电压传感器用于检测直流电压U_dc，传感器的输出接到信号调理板；信号调理板由RC低通滤波电路和比例放大电路组成，信号调理板对来自传感器的信号进行滤波，并转换到工作电压范围后送到CPU板；CPU板由微处理器和一个CAN通信接口组成，CPU板对输入信号进行AD采样后，计算出PWM整流机组中各PWM整流器单元的d轴和q轴电流给定值，并通过CAN网络传输到PWM整流机组中各PWM整流器单元，实现对二极管整流器机组和PWM整流器机组进行协调控制；所有PWM整流器单元直流侧并联到一起，所述的PWM整流器单元(8)的控制部分由锁相环模块、坐标变换模块、PI调节模块、CAN网络通信接口模块以及脉冲产生模块组成，其中，锁相环模块、坐标变换模块、PI调节模块以及脉冲产生模块顺序连接，CAN网络通信接口模块与PI调节模块连接，接收来自中央控制器的电流给定值，锁相环采集PWM整流器单元的两相交流电压，获得同步角θ，然后将PWM整流器单元的交流电流转换到同步旋转的dq坐标系，再分别对d轴电流和q轴电流进行PI调节，并将其输出用于产生驱动脉冲。

所述的二极管整流机组采用24脉波二极管整流机组，其包括2台整流变压器(3)和4个二极管整流桥(4)，上述两台整流变压器为三绕组的移相式整流变压器，并采用延边三角形接法。

所述PWM整流机组中变压器有一个原边绕组，一个或多个副边绕组；只有一个副边绕组时各PWM整流器单元的交流侧直接相连，有多个副边绕组时各PWM整流器单元交流侧分别连接到一个副边绕组上。

所述PWM整流机组中PWM整流器单元主电路采用两电平或三电平拓扑。