[发明专利]一种基于级联多电平地面过电分相系统功率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及交直交电力机车(动车组)、交直电力机车地面过电分相装置 制造领域。

背景技术

电力机车(动车组)过电分相的方法有多种，早期列车速度较慢，通常采 用手动过电分相，在分相区设有分相标志指挥司机过电分相操作。到中性段前， 司机先将牵引级位降到0，断开辅助系统，再将牵引变压器原边主断路器断开， 使机车不带电通过中性段。机车进入下一相供电臂的供电区后，司机合上主断 路、并启动辅助系统、逐步恢复牵引级位。手动过电分相司机劳动强度大，在 过分相时必须由司机断电，如果没断电过电分相，会在进入中性段时牵引网与 受电弓产生过电压拉弧，烧坏牵引网和受电弓，甚至两相短路等严重事故，随 着列车运行速度的不断提高这一问题将更为突出。

目前，电力机车(动车组)通常采用自动过电分相方法，主要有二种方法： 地面自动过分相和车上自动过分相。采用地面过电分相时，电力机车(动车组) 不需要任何动作，主电路断电时间很短，适合坡度较大的和运量大的困难地段， 日本将这种方法用于高速动车组。

附图1为传统地面自动过分相装置的工作原理图，其工作过程如下：当电 力机车(动车组)运行到CG1时(列车运行方向如图所示；CG1～CG4为机 车位置传感器，用于产生开关切换信号，列车运行到某一位置时，相应的开关 动作)，开关K1闭合，中性段接触网由A相供电，待机车进入中性段，到达 第二位置传感器CG2时，K1断开，K2迅速合上，完成中性段供电的换相变 换。由于此时中性段已由B相供电，电力机车(动车组)可以在不用任何附加 操作，负荷基本不变的情况下通过分相段，待机车驶离CG4处时，K2断开， 各个设备恢复原始状态。反向行驶时，由控制系统控制两个开关以相反顺序轮 流断开与闭合。地面过电分相时，电力机车(动车组)在中性段进行电压转换， 是带载断开分相开关，会生产截流过电压，对开关要求较高；同时是满载闭合 另一个分相开关，机车上有牵引变压器，因为两相相位不一样，变压器的稳态 磁通有相差，合闸时会因为动态磁通饱和导致合闸浪涌过电流。对于旋转电机 并从牵引变压器取电的机车，合闸时还会导致辅助系统过流。

针对传统地面过电分相装置的缺点，有研究人员提出了改进措施，改进后 的地面过电分相装置如附图2所示，其工作原理如下：当电力机车(动车组) 运行到CG1时(列车运行方向如图所示；CG1～CG4为机车位置传感器，用 于产生开关切换信号，列车运行到某一位置时，相应的开关动作)，控制器发 出控制信号使晶闸管SCR1、SCR2导通。A相电压通过降压变压器TX1，晶 闸管SCR1、SCR2，升压变压器TX3到达中性段。晶闸管SCR1、SCR2的触 发采用电压过零触发。当机车行驶到CG3时，控制器发出控制信号使晶闸管 SCR1、SCR2关断，同时控制器发出控制信号使SCR3、SCR4导通。这样中 性段就由A相供电转变为B相供电。B相电压通过降压变压器TX2，晶闸管 SCR3、SCR4，升压变压器TX3到达中性段。当机车行驶到CG4处时，控制 器发出控制信号使晶闸管SCR1、SCR2、SCR3、SCR4关断。系统恢复到原始 状态。可见，改进后的方案仍然不能完全解决传统地面过电分相装置的缺点， 由于需要采用升降压变压器，增加了系统的复杂程度和成本。

综上所述，现有技术的地面过电分相装置存在的以下问题：1)由于在整 个过程中是满载分断开关，对开关要求较高；2)中性段电压转换时，是带载 断开分相开关，会生产截流过电压；3)在中性段进行电压切换时，切换前后 电压相位不一致，机车上牵引变压器的稳态磁通就会有相差，合闸时会因为动 态磁通饱和导致合闸浪涌过电流。对于旋转电机并从牵引变压器取电的机车， 合闸时还会导致辅助系统过流。

鉴于现有装置的问题，已有发明专利CN201010597237.4，公开了一种电 力机车无断电过分相-电能质量综合补偿装置及其方法；本发明人已经申请了 发明专利CN201410036222.9，公开了采用级联多电平变流器的地面过电分相 装置的结构；申请了发明专利CN201410036720.3、CN201510133802.4等用于 解决列车运行于新型地面过电分相系统下的中性段时，实现两相邻桥臂供电电 压的相位幅值调整。但还没有涉及列车所需功率如何在牵引网供电臂与中性段 之间的可控切换。

发明内容