[实用新型]一种级联型无输入及输出变压器的贯通式同相供电系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种级联型三相-单相变换器装置，特别是其在无过分相区间的贯通式同相供电系统中的应用。

背景技术

目前，世界诸多国家的电气化铁路基本均采取三相-两相(异相)供电模式，其结构如图1所示。变电所通过牵引变压器从三相电网取电降压后分两供电臂输出，为牵引网供电。由于供电臂电压相位、幅值和频率难以完全一致，因此各供电臂间须设置电分相。随着高速、重载铁路的发展，如下问题将更加突出：

(1)电能质量问题：既有异相牵引供电系统的单相负荷反映至三相电网会产生负序电流，造成三相电压不平衡，高速重载列车牵引功率的增大，使负序问题愈发突出，同时，还存在无功和谐波等问题。(2)过电分相问题：既有牵引供电系统必然存在电分相，而电分相装置结构复杂、可靠性低，是牵引供电系统的薄弱环节与事故多发点。(3)供电能力问题：异相供电系统中，牵引网设置有电分相装置，牵引变电所之间难以做到相互支援，每个变电所的牵引变压器需一主一备，牵引变电所配置的容量难以得到充分利用，供电能力受限。

如何解决牵引供电系统的电能质量问题，减少甚至取消电分相装置是当前牵引供电系统研究的热点问题。基于三相-单相变换器的贯通式同相供电系统可以完全取消电分相装置，系统结构如图2，牵引变电所结构如图3。变换器输出电压幅值、频率和相位可控，可使各变电所输出电压一致，构成贯通供电系统，完全取消牵引网电分相；通过采用适当的控制策略，三相-单相变换器可平衡无功、补偿谐波；牵引网全线贯通，负荷接入平衡，可消除三相电网的负序电流；变电所间不再存在供电死区，各变电所可互为备用，可大大提高牵引供电系统的供电能力与可靠性。因此，贯通式同相供电系统可解决既有牵引供电系统中的电能质量和电分相问题，并且可大大提升系统供电能力与可靠性。

但是受电力电子器件发展水平的限制，传统两电平三相-单相变换器无法直接接入三相电网，也无法直接输出27.5kV牵引网电压，因此，在三相输入侧须匹配三相降压变压器，单相输出侧匹配单相升压变压器。变压器的存在使得系统对变换器、导线等相应的配套设备要求更高，设备以及线路损耗也随之变大，变电所系统也较复杂，体积和重量难以降低。

图3是基于三相-单相变换器的级联型无输出变压器的贯通式同相供电系统变电所结构框图，变电所由与三相电网接入的输入变压器及与之输出端相连的由级联一个以上三相-单相结构的交-直-交变换器所组成，三相-单相变换器级联输出机车等负载要求的单相交流电压。采用级联式多电平变换器结构，接口电压在满足高于输出电压等级的前提下可取消输出变压器，提升系统容量。但是，该系统接口电压、容量和性能受限，输入仍需匹配三相降压变压器。三相降压变压器体积和质量较大，且造价较高，限制了变电所的供电容量和建设能力。

实用新型内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种级联型无输入及输出变压器的贯通式同相供电系统，该系统可在无输入、输出变压器的条件下既可以从三相电网吸收并向牵引网提供有功功率，也可以从牵引网吸收并向三相电网回馈有功功率，实现电气化铁路同相供电和牵引网的相互贯通。而且该装置结构简单，成本低，其使用，维护方便。

本实用新型解决其技术问题，所采用的技术方案为：

一种级联型无输入及输出变压器的贯通式同相供电系统，三相电网的每一相(A，B，C)经电抗器(LA，LB，LC)再级联n(n>1)个单相-单相PWM变换器(A1～An，B1～Bn，C1～Cn)接出，每相级联输出分别经电抗器(La，Lb，Lc)后并联直接连接牵引接触网，输出机车及负载要求之交流电压与邻近变电所的接触网直接相连，形成贯通牵引供电网络。其中：

a、A相支路第一个单相-单相PWM变换器A1电网侧正端口A1P经电抗器LA与三相电网A相，A1的电网侧负端口A1n与第二个单相-单相PWM变换器A2的电网侧正端口A2P相连……，第n-1个单相-单相PWM变换器A(n-1)的电网侧负端口A(n-1)N与第n个单相-单相PWM变换器An的电网侧正端口AnP相连；B、C相支路连接与A相对称相同；每一相(A，B，C)第n个单相-单相PWM变换器的电网侧负端口AnN，BnN，CnN共同连接于O点(相当于三相侧星形连接的中性点)；