[实用新型]大功率模块化直流供电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种直流供电领域，特别是指一种大功率模块化直流供电装置。

背景技术

直流供电领域是目前国家大力发展的关系国计民生的重要行业，直流供电装置在城市轨道交通、矿山牵引、港口吊车等领域都有重要应用，前景广阔。但是，目前的直流供电装置在应用中尚存在许多问题。下面以城市轨道交通的牵引供电系统为例进行说明。

目前城市轨道交通主要采用750V和1500V两种直流供电制式，一般采用12脉波或24脉波二极管不控整流。这种供电方式沿用至今已经有几十年历史，具有装置结构简单、性能可靠的优点。但是使用这种装置，供电的直流电压不可控、输出电压波动大、对交流电网的谐波污染大等问题也很突出。此外，由于城轨车辆需要频繁的起动和制动，而在车辆快速启动时，需要的牵引功率很大，由二极管不控整流输出的直流电压会迅速跌落，装置的输出特性很软；在车辆制动时，会造成直流侧能量累积、直流输出电压抬高，由于现有装置中二极管具有单向导电性，从而无法将直流侧的多余能量回馈到交流侧电网，必须另加额外的装置对这些能量进行处理。

目前在城市轨道交通牵引供电系统中，在车辆制动时处理直流侧累积的能量、防止直流侧电压抬高所采用的主要技术手段有：使用制动电阻装置、使用飞轮储能装置、使用电容储能装置、使用晶闸管逆变装置。使用制动电阻装置时，供电系统中直流侧的能量仍然无法进行回馈，只是通过制动电阻器将多余的电能转化为热能的最终散失在空气中。使用这种方式显然并未达到将直流侧电能回馈到交流侧的目的，仅仅起到了限制直流侧电压的作用，将直流侧多余的能量消耗掉，能量浪费严重；使用飞轮储能装置可以将直流侧的多余能量临时储存在高速转动的飞轮之中，当直流供电系统负荷加大时，飞轮储能装置可以将存储在飞轮中的能量释放出来。这种方式与采用制动电阻方式相比，直流侧的多余能量可以缓存到飞轮中，避免了能量的浪费。但是由于飞轮是精密机械部件，尽管采用了相关的轴承技术，其寿命仍然有限，维护和更换起来十分复杂。由于相关装置国内并不能生产，完全依赖进口，价格十分昂贵，也大大加大了直流供电系统的成本；使用电容储能装置，其功能与使用飞轮储能装置类似，可以将直流侧的多余能量进行缓存，必要时再释放出来。但是此类装置一般容量较小，可以存储的能量有限，不能完全满足大容量直流供电系统直流侧能量回馈的需要。并且相关装置国内仍然无法制造，价格昂贵，成本较高；使用晶闸管逆变装置，直流能量可以通过逆变装置逆变成交流能量向交流侧回馈。但是由于现有装置中采用的是相控晶闸管，在直流侧能量回馈交流侧时，装置输入到交流电网的谐波含量很大，影响了交流电网的供电质量，使用起来也有不足之处。

综上所述，研制出一种直流侧电压稳定、系统响应快、可控性好、交流侧谐波污染小，特别是实现直流侧能量能够向交流侧回馈、交直流两侧的能量能够双向传输的新型直流供电装置具有重要意义，对于节能减排可以起到十分积极的作用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种大功率模块化直流供电装置，目的是为直流供电系统提供一种高性能的供电装置。该装置输出直流电压稳定，能够将装置的直流侧能量向装置交流侧的交流电网进行回馈，并且对交流电网谐波污染小。由于所述装置是采用多个相同的双向功率单元多重化并联工作，因而在实际的应用中可以根据直流供电线路上的负荷情况灵活选取供电装置中双向功率单元的组数，并且对某个双向功率单元进行常规维护时或者其发生故障时，可以直接将该双向功率单元在线取下，而不会对整个系统内其他双向功率单元的工作情况产生任何影响，从而做到装置的维护和检修不停机、不断电，直流供电系统的可靠性高，并且高度模块化。

本实用新型的目的可以通过以下措施来达到：

大功率模块化直流供电装置由双向功率单元和曲折连接的变压器组成，