[发明专利]一种基于电池储能的级联多电平地面过电分相装置

说明书

本发明公开了一种基于电池储能的级联多电平地面过电分相装置，包括级联H桥多电平变流器和分别连接于其每一个子模块HB直流侧的多个电池储能模块；级联H桥多电平变流器的交流侧通过开关K1与中性段连接，通过开关K2与A相供电臂连接，通过开关K3与B相供电臂连接。通过控制电池储能系统的充放电，由级联H桥多电平变流器为分相区中性段供电，从而实现列车负载功率的可控切换以及中性段电压的幅值、相位调整。本发明可大大简化基于多电平变流器的地面过电分相装置拓扑结构，降低成本，从而提高其工程应用价值；还可实现列车再生制动能量回收、牵引网压维持、无功补偿以及谐波抑制等。

技术领域

本发明涉及电力机车（动车组）过电分相技术领域，具体为一种基于电池储能的级联多电平地面过电分相装置。

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的主断路器断开，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，主要有两种方法：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CG3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。

为了解决传统地面过电分相装置存在的问题，“一种基于级联多电平的地面过电分相装置（授权号：ZL201410036222.9）”提出了采用级联多电平的基于电力电子装置的地面过电分相系统，其拓扑结构如附图2所示，电气原理图如图3所示。该装置由变压器、整流器以及级联H桥逆变器组成，其中供电电源经过变压器降压、整流器整流后供给级联H桥逆变器，通过控制级联H桥逆变器输出的电压幅值与相位，实现列车柔性通过电分相。然而，在实际的牵引供电系统中，处于分区亭位置的分相区难以获得满足容量需求的三相供电电源，采用邻近供电臂供电也难以实现全程的可控切换，整个系统也存在拓扑结构复杂、成本高的问题，不利于工程实现。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于电池储能的级联多电平地面过电分相装置，在实现电力机车柔性通过电分相的前提下，简化装置的拓扑结构、降低成本，提高工程实现的可行性。技术方案如下：

一种基于电池储能的级联多电平地面过电分相装置，其特征在于，包括级联H桥多电平变流器和分别连接于其每一个子模块HB直流侧的多个电池储能模块；级联H桥多电平变流器的交流侧通过开关K1与中性段连接，通过开关K2与A相供电臂连接，通过开关K3与B相供电臂连接；