[发明专利]基于四端口模块化多电平变流器的贯通同相牵引供电系统

权利要求书

1.一种基于四端口模块化多电平变流器的贯通同相牵引供电系统，其特征在于，由若干个间隔设置的贯通式同相牵引变电所组成，各贯通式同相牵引变电所的电源侧接入同一同步公共交流电网，各贯通式同相牵引变电所的负荷侧牵引母线均接入接触网T，所有贯通式同相牵引变电所之间通过接触网T全部相互贯通；

各贯通式同相牵引变电所包括第一牵引变压器T₁、第二牵引变压器T₂、若干开关以及具有三个输入端口Ac、Bc、Cc和一个输出端口Xc的静止功率转换器SPC；所述第一牵引变压器T₁和第二牵引变压器T₂均为三相变压器结构，所述第一牵引变压器T₁和第二牵引变压器T₂的各相原边端口分别通过三相断路器CB1、CB2接入同步公共交流电网的A、B、C三相，其中A相超前于B相120°、A相滞后于C相120°，所述第一牵引变压器T₁和第二牵引变压器T₂的各相副边端口分别通过三相断路器CB6、CB7均接入所述静止功率转换器SPC的三个输入端口Ac、Bc、Cc，该静止功率转换器的输出端口Xc接入牵引母线T-bus，牵引母线T-bus通过单相断路器CB3接入接触网T，铁轨通过回流线接入相应贯通式同相牵引变电所内集中接地端；所述贯通式同相牵引变电所内集中接地端与静止功率转换器SPC的一个输入端口相连接，且各个贯通式同相牵引变电所内集中接地端接入该所的静止功率转换器SPC的输入端口相序号均相同；所述静止功率转换器SPC由k个四端口模块化多电平变流器4P-MMC并联组成，各四端口模块化多电平变流器4P-MMC均分别包括A、B、C、X四相，每相由上、下桥臂串联组成，各相上桥臂正极端相互并联形成直流正极DC+，各相下桥臂负极端相互并联形成直流负极DC-，各相上桥臂的负极端和下桥臂的正极端相串联作为对应相的中点，各四端口模块化多电平变流器4P-MMC的A、B、C三相中点分别通过一三相断路器TB接入静止功率转换器SPC的对应输入端口Ac、Bc、Cc，各四端口模块化多电平变流器4P-MMC的X相中点分别通过单相断路器SB接入静止功率转换器SPC的输出端口Xc；

所述第一牵引变压器T₁和第二牵引变压器T₂的各原边端口间的额定线电压有效值U_L均相等、各线电压相角依次相差120°，各副边端口间的额定线电压有效值U_l均相等、各线电压相角依次相差120°，第一牵引变压器T₁和第二牵引变压器T₂变比均为K_T：

K_T＝U_l/U_L

各贯通式同相牵引变电所还均分别包括单相输出变压器T_o，该单相输出变压器T_o的原边绕组一端口P₁接入相应贯通式同相牵引变电所内静止功率转换器SPC的输出端口Xc，所述静止功率转换器SPC的任一输入端口经断路器CB4接入所述单相输出变压器T_o的原边绕组另一端口P₀，且各贯通式同相牵引变电所内单相输出变压器T_o原边绕组端口P₀接入的该所静止功率转换器SPC的输入端口相序号均相同；所述单相输出变压器T_o的副边绕组一端口S₁经单相断路器CB5接入牵引母线T-bus，另一端口S₀接入相应贯通式同相牵引变电所内集中接地端；

所述单相输出变压器T_o的副边额定电压与牵引母线T-bus额定电压相同，记有效值为U_o，单相输出变压器T_o的原边额定电压与对应静止功率转换器SPC输出端口Xc的端口电压相同，记有效值为U_x，则单相输出变压器T_o变比K_o为：

K_o＝U_o/U_x

各四端口模块化多电平变流器4P-MMC的各相中，上、下桥臂结构相同，均分别由若干个电压源子模块以及一台滤波电抗器依次串联组成；上桥臂中，第一个电压源子模块的正极端和滤波电抗器的一端分别作为上桥臂的正极端和负极端；下桥臂中，滤波电抗器的一端和最后一个电压源子模块的负极端分别作为下桥臂的正极端和负极端；

令所述接触网T的额定电压有效值为U_o，所述贯通式同相牵引变电所接入同步公共交流电网的额定线电压有效值为U_L，每个贯通式同相牵引变电所的牵引负荷额定视在容量和牵引负荷功率因数角分别为S和令贯通式同相牵引变电所注入同步公共交流电网端口为正序电流，其近端端口功率因数角记为功率因数角均以电压滞后于电流为正；令集中接地端接入静止功率转换器SPC的输入端口Ac，即输入端口Ac以及与其相连的牵引变压器的副边端口均为参考电位，则静止功率转换器SPC的主要电气量特征设置如下：

静止功率转换器SPC输入端口Ac、Bc、Cc和输出端口Xc的电压，即各四端口模块化多电平变流器4P-MMC的A、B、C、X相的交流端口电压u_aa(t)，u_ba(t)，u_ca(t)，u_xa(t)分别表示为：

式中，ω为同步公共交流电网的角频率，t为系统时间；U_l为第一牵引变压器T₁、第二牵引变压器T₂各副边端口间的额定线电压有效值，U_x为静止功率转换器SPC的输出端口Xc电压u_xa的有效值，δ_x为u_xa(t)的电压相位角，以超前于参考电压相量为正；

各四端口模块化多电平变流器4P-MMC中A、B、C相的上、下桥臂电压交流分量有效值U_m为：

各四端口模块化多电平变流器4P-MMC的直流正极DC+与直流负极DC-之间的额定直流电压U_d为：

式中，m为各四端口模块化多电平变流器4P-MMC的A、B、C三相调制度；

各四端口模块化多电平变流器4P-MMC的X相中上、下桥臂电压交流分量有效值U_xo、交流分量相位角δ_xo分别为：

各四端口模块化多电平变流器4P-MMC的X相制度m_x为：

各四端口模块化多电平变流器4P-MMC的A、B、C、X相上、下桥臂电压分别为：

所述第一牵引变压器T₁或第二牵引变压器T₂的A、B、C相副边端口电流为正序对称电流，其有效值均为I_l，第一牵引变压器T₁或第二牵引变压器T₂的X相副边端口电流的有效值为I_x，分别满足：

各四端口模块化多电平变流器4P-MMC中A、B、C、X相的交流端口电流i_a(t)，i_b(t)，i_c(t)，i_x(t)分别为：

各四端口模块化多电平变流器4P-MMC中A、B、C、X相的上、下桥臂电流分别为：

式中，I_da、I_db、I_dc、I_dx分别为A₁，B₁，C₁，X₁相桥臂电流的直流分量，应满足：

所述u_xa(t)的电压相位角δ_x的取值为：

所述电压源子模块均为单相电压源型变流器结构，各四端口模块化多电平变流器4P-MMC的A、B、C、X相的上、下桥臂中电压源子模块的数量N_A，N_B，N_C，N_X分别满足：

式中，U_c为电压源子模块额定直流电压。