[发明专利]牵引变流系统

说明书

本发明提供一种牵引变流系统，用于对从外部电网接收的原始多相交流电进行电能变换以向牵引电机供给目标交流电。牵引变流系统主要由积木式单元、开关柜、集中控制装置组成，其中每个积木式变流单元分别接收原始多相交流电，并对原始多相交流电进行电能变换，以使得多个积木式变流单元输出多组不同相位的交流电。根据目标交流电的电流等级和/或电压等级，选择性地通过开关柜和集中控制装置将牵引变流系统切换至并联模式或串联模式，在并联模式中，每组中的单相交流电并联输出至牵引电机的单相定子绕组，以提供目标交流电所需的大电流。在串联模式中，每组中的单相交流电串联输出至牵引电机的单相定子绕组，以提供目标交流电所需的大电压。

技术领域

本发明涉及轨道交通牵引供电系统的牵引变流系统，具体地涉及一种用于轨道交通的积木式牵引变流器。

背景技术

与传统列车的传动系统不同，中高速磁浮交通一般采用长定子直线同步电机，长定子直线同步电机的定子铁芯连续铺设在磁浮轨道两侧下方，长定子直线同步电机定子绕组嵌入在定子铁芯槽内，励磁绕组装在车上。利用设于地面的大功率变流器给长定子直线同步电机定子绕组供电，利用车载发电机和电池给励磁绕组和悬浮系统供电。

由于高速磁浮传动存在着调速范围宽、低速大电流、高速高电压的特点，所以其变流器方案一直较为复杂。当前西门子在上海线采用的是输入电压器+GTO中压变流器+输出变压器的方案，当需要更大的功率时采用两组地面变流器通过双端供电。

该方案存在的主要问题：(1)由于输出变压器的工作范围很宽，其设计和制造工艺都很复杂。(2)变压器不是标准化产品，以后线路需要提速，那么有可能达不到电压、电流要求或者初始设计需要预留很大的裕量。

因此，传统的轨道交通变流器主电路方案复杂，并且存在着变压器选型困难、难于扩容等问题。

发明内容

针对以上问题，本发明提出利用积木式变流单元的牵引变流系统。

本发明第一方面提供一种牵引变流系统，该牵引变流系统对从外部电网接收的原始多相交流电进行电能变换，以向牵引电机供给目标交流电，该牵引变流系统包括m个积木式变流单元，m≥2且m为整数，其中每个该积木式变流单元分别具有与该目标交流电的相数对应的n对单相输出端子，n≥3且n为整数，每一对单相输出端子分别包括一正端输出端子和一负端输出端子；并且该m个积木式变流单元分别接收该原始多相交流电，并对该原始多相交流电进行电能变换，以使得该m个积木式变流单元的相应m个第i对单相输出端子一一对应地输出m个第i相单相交流电，其中1≤i≤n且i为整数，并且：该牵引变流系统还包括开关柜，该m个积木式变流单元通过该开关柜电连接至该牵引电机，根据该目标交流电的电流等级和/或电压等级，通过在该开关柜中改变该m个积木式变流单元的m×n对单相输出端子的连接关系，以选择性地将该牵引变流系统切换至并联模式或串联模式。

优选地，在该并联模式中，通过将该m个第i对单相输出端子中的相应m个正端输出端子相互连接并且将该m个第i对单相输出端子中的相应m个负端输出端子相互电连接，使得该m个第i相交流电并联输出至该牵引电机的第i相定子绕组，以向该牵引电机供给该目标交流电的第i相交流电；在该串联模式中，通过将第k个积木式变流单元的第i对单相输出端子中的负端输出端子和第k+1个积木式变流单元的第i对单相输出端子中的正端输出端子的方式使得该m个积木式变流单元依次级联，该m个第i相交流电串联输出至该牵引电机的第i相定子绕组，以向该牵引电机供给该目标交流电的第i相交流电，其中1≤km且k为整数。