[发明专利]基于模块化ANPC三电平逆变器的地铁双向变流装置

说明书

本发明公开了基于模块化ANPC三电平逆变器的地铁双向变流装置包括两组并联的ANPC三电平逆变模块组、变压器；逆变模块组将直流电转换成低压交流电至变压器，变压器输出中压交流电至中压网；每个逆变模块组包括至少一路ANPC三电平逆变模块；每个ANPC三电平逆变模块输出端通过与之串联的交流滤波电感连接至副边双绕组升压变压器的对应副边绕组。本发明能够彻底解决NPC三电平逆变器的长回路关断电压尖峰过高问题，提高装置可靠性，模块化任意数量并联灵活覆盖不同电流等级需求，专门的滤波电感降低了变压器噪音和成本。

技术领域

本发明涉及城市轨道交通供电系统技术领域，尤其涉及一种基于模块化ANPC三电平逆变器的地铁双向变流装置。

背景技术

近几年来我国城市轨道交通发展非常迅速，为了响应国家节能减排政策，国内地铁牵引供电系统逐步推广二极管整流机组+再生制动能量回馈装置模式来实现降低能耗的目的。但二极管整流机组输出直流牵引网电压随负载增加会出现较大跌落，导致供电距离较短，需要增加牵引供电站数量，增加了地铁建设成本。同时，增加的再生制动能量回馈装置进一步增加了整套牵引供电系统的复杂性和占地面积，提高了整体建设和运维成本。

随着大功率电力电子变流技术的发展，集整流牵引供电和逆变能量回馈功能于一身的双向变流装置逐渐在地铁里得到了应用。国内若干企业对地铁双向变流装置进行了有益的研究和探索。现有技术1徐州中矿大传动与自动化有限公司的专利《轨道交通双向变流柜》（申请号：201710039531.5）、现有技术2株洲中车时代电气股份有限公司的专利《一种轨道交通牵引供电系统及控制方法》（申请号：201710984413.1）两篇专利比较具有代表性。

在电路结构上，现有技术1《轨道交通双向变流柜》采用四台二极管中点钳位（NPC）三电平逆变器交、直流侧直接并联，取消了交流滤波电感，采用高阻抗变压器的漏感对开关纹波进行滤波。该方案的优点是三电平逆变器开关纹波小、损耗低、开关频率高，但NPC三电平逆变器在整流工况下存在长换流回路，IGBT关断电压尖峰较高，影响装置可靠性。其次，取消滤波电感虽然可以减小双向变流柜尺寸，但采用的高阻抗变压器尺寸、噪音均较大，并且四台NPC三电平逆变器之间存在电流分配不均的隐患。

现有技术2《一种轨道交通牵引供电系统及控制方法》采用两台逆变器交流侧串联滤波电感，然后连接到两套独立变压器绕组的电路结构。该方案的优点是两套独立变压器绕组实现了两台逆变器交流侧隔离，能够采用载波移相控制减小输出开关纹波。但这篇专利没有披露采用的具体逆变电路拓扑，并且两台逆变器本身没有进行模块化并联设计，不能灵活覆盖不同电流等级需求。

综上，上述两种现有技术都存在各自的缺陷，不能完全满足实际现场需求。

发明内容

1.所要解决的技术问题：

针对上述技术问题，本发明提供一种基于模块化ANPC三电平逆变器的地铁双向变流装置，能够彻底解决NPC三电平逆变器的长回路IGBT关断电压尖峰过高问题，提高装置可靠性；模块化并联灵活覆盖不同电流等级需求；专门的滤波电感降低了变压器噪音、体积，提高了均流度。

2.技术方案：

基于模块化ANPC三电平逆变器的地铁双向变流装置，其特征在于：包括两组并联的ANPC三电平逆变模块组、一台副边双绕组升压变压器；所述ANPC三电平逆变模块组与直流电网相连将直流电转换成低压交流电传输至副边双绕组升压变压器，副边双绕组升压变压器输出中压交流电至中压网；

每个ANPC三电平逆变模块组包括至少一路ANPC三电平逆变模块；每个ANPC三电平逆变模块输出端通过与之串联的交流滤波电感连接至副边双绕组升压变压器的对应副边绕组；同一组的ANPC三电平逆变模块交流输出经过滤波电感后均连接到变压器的同一个副方绕组。