[发明专利]一种模块化多电平结构的交直交牵引供电系统

说明书

一种模块化多电平结构的交直交牵引供电系统，属于电气化铁道技术领域。系统三相降压变压器高压侧连接三相公共电网，低压侧输出经过第一开关断路器与MMC交直交变流器相连，作为变流器的输入,三相交流电能通过MMC交直交变流器的交直交变换为单相交流电能输出，通过第二开关断路器与牵引网相连，另一方面系统三相降压变压器的低压输出侧经过第三开关断路器分两相与牵引网相连，两相之间有分相区，分相区并联一个开关断路器。本发明可以实现电能3AC‑DC‑1AC双向变换，电力系统与牵引供电系统实现低干扰或零干扰隔离，系统输出无升压变压器。解决牵引供电系统中谐波、无功、负序问题，实现与电网电能双向转换。

技术领域

本发明涉及一种模块化多电平结构的交直交牵引供电系统，属于电气化铁道技术领域。

背景技术

目前我国牵引供电系统采用三相-两相供电模式，即利用三相-两相降压变压器从三相电网中取电，电能降压后从两个供电臂输出。这种供电模式存在诸多电能质量问题：

(1)谐波问题：交-直型电力机车是一种非线性、低功率因数负荷。该种电力机车采用二极管或晶闸管整流器，谐波含量大、功率因数低，将会注入各次谐波电流给牵引供电系统和电力系统，成为一种谐波源。

(2)无功问题：交-直电力机车功率因数低，如不加补偿装置，通常牵引时只有0.8左右；机车过电分相产生激磁涌流，可视为纯感性电流，相位角接近滞后90度，正常工况下相位角的大幅度变化和牵引负荷电流的剧烈波动，加大了有效补偿无功功率的难度。

(3)负序问题：负序产生的原因是负载不平衡，一方面由于电网是三相供电；另外一方面由于机车负荷是单相，并且具有随机剧烈波动性。

(4)过分相问题。牵引变电所的出口处和分区所设有分相绝缘器。由于在机械和电气上的弱点，电分相不仅成为制约速度和造成牵引力损失的主要原因，也成为整个供电系统中较为薄弱的环节。高速和重载运输要求机车受电弓平滑连续受流，但是电分相要求机车退级、断电，利用惯性通过中性区。

现有的牵引供电系统电能质量解决方案多是针对某一方面的问题，没有根本性解决上述问题。若要从根本上解决电气化铁道牵引供电系统存在的无功、谐波、负序和过分相问题，关键是在牵引变电所实现三相-单相电能变换。由于牵引供电系统电压等级高、容量大，传统的基于电力电子电能变换装置在输入输出侧都需要变压器，而变压器价格高、体积大、占地面积大。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种模块化多电平结构的交直交牵引供电系统，可以实现电能3AC-DC-1AC双向变换，电力系统与牵引供电系统实现低干扰或零干扰隔离，系统输出无升压变压器。同时具有传统牵引供电接线方式备用，即当MMC交直交变流器发生故障时，通过开关控制可以切除MMC交直交变流器，恢复传统三相-两相变压器供电的牵引供电模式，可靠性高。

一种模块化多电平结构的交直交牵引供电系统，其特征在于：三相降压变压器高压侧连接三相公共电网，低压侧输出经过第一开关断路器与MMC交直交变流器相连，作为变流器的输入,三相交流电能通过MMC交直交变流器变换为单相交流电能输出，通过第二开关断路器与牵引网相连；另外三相降压变压器的低压输出侧经过第三开关断路器分两相与牵引网相连，两相牵引网之间设有分相区，分相区并联一个开关断路器；

MMC交直交变流器分为整流站和逆变站，整流站分为第一臂、第二臂、第三臂，第一臂、第二臂、第三臂分别由上下两个支路组成，一共6个支路分别是：A相的第一上支路、第一下支路，B相的第二上支路、第二下支路，C相的第三上支路、第三下支路，三相的三个上支路连接在一个公共点，三相下支路连接在一个公共点，每个支路由N个模块单元级联组成，每个支路串接一个支路电抗器，整流站第一臂、第二臂、第三臂的输入侧分别串联一个电抗器，逆变站支路结构与整流站相同，只是由两个臂组成；逆变站输出串接一个输出电抗器；