[实用新型]一种能够消除连接电感对直流输出电压影响的PWM整流器

说明书

一种能够消除连接电感对直流输出电压影响的PWM整流器，在PWM整流器输入交流侧的连接电感两端并联一个开关器件，当PWM整流器在整流工况时接通开关器件，切除连线电感，消除了连接电感对直流输出电压的影响；当PWM整流器工作在逆变工况时断开开关器件，将连接电感串入PWM整流器的交流输入侧，PWM整流器将直流输出侧的能量传回交流输入侧。本实用新型解决了传统PWM整流器由于交流侧接电感导致的直流侧输出电压的压降问题，采用本实用新型的PWM整流器可与普通二极管整流器并联运行，无须额外控制就有较好的负载均衡性能；本实用新型提出的PWM整流器应用于城轨交通牵引供电系统时，能够改善PWM整流器整流工况的性能，优化城轨交通牵引供电系统性能。

技术领域

本实用新型涉及一种PWM整流器，能够在PWM整流器处于整流工况时消除连接电感对直流输出电压降的影响，尤其适用于城轨交通牵引供电系统。

背景技术

城轨交通牵引供电系统牵引网采用直流供电，最常用电压等级有DC750V和DC1500V。牵引变电所先通过整流变压器将AC10kV或AC35kV降压到590V或1180V交流，再通过二极管整流转化为直流电，供给牵引网。图1和图2所示的是常用12脉波和24脉波整流器的主电路图，图3是图1和图2中采用二极管整流的整流单元的内部电路图。这种多脉波整流器结构采用错开整流变压器低压侧电压相位的方法，在保证高功率因数的前提下，既可以减小直流侧电压的脉动，又可以减小交流侧输入交流电流的电流畸变率。

城轨车辆站间距较短，启动制动频繁，因此，产生了大量的制动能量。车辆进站停车时，高速阶段(通常5km/h以上)采用再生制动，低速阶段(通常5km/h以下)采用机械制动。因为供电系统使用二极管整流器，能量不可逆，车辆再生制动时的能量如不释放，会抬高牵引网电压，车辆将过压保护动作。早期制动能量释放装置安装在车辆上，为了减小车辆重量，后来开始将制动能量释放装置移到车下。这两种方式都是将再生能量以热能消耗，释放在大气中。

近年来，能量回馈和超级电容储能两种形式开始用于吸收车辆再生制动能量。能量回馈方式有两种实现形式：其一，另增加一套能馈变流装置，将再生制动能量回馈达到中压或400V低压交流电网；其二，采用PWM整流器取代传统的二极管整流器，车辆牵引时，PWM整流器工作在整流工况将交流侧能量输送到直流牵引电网向牵引网供电，车辆再生制动时，PWM整流器将车辆再生制动能量回送到中压交流电网。PWM整流器，又称四象限整流器，其能实现交流与直流能量的双向变换，同时又能控制交流侧的功率因数，减小交流侧电流的畸变率。

采用PWM整流器的整流主电路如图4所示，其中，传统PWM整流器的内部结构如图5所示，传统三相PWM整流器由三相逆变器(逆变器可以是两电平或三电平结构，图5只给出两电平逆变器结构)及其与电网相连的连接电感La、Lb和Lc组成，三相逆变器包括IGBT器件和与IGBT器件反并联的二极管。相对于图1的结构，图4中采用PWM整流器的整流主电路就是将二极管整流单元更换为PWM整流单元。图5中的PWM整流器能实现双向能量变换，即有整流和逆变的双重功能：整流时，将交流侧能量送到直流侧；逆变时，能将直流侧能量送到交流侧。无论整流或逆变，均可控制交流侧功率因数，同时控制交流侧电流有较小的畸变率。这种方式将整流和回馈的两功能合二为一，减小了设备的数量和体积，是一种有应用前景的选择方案。但也存在如下两方面问题：

其一、PWM整流器整流工作时，功率器件工作在高频开关状态，因此，其开关损耗较二极管整流器大，降低了整流器的工作效率。

其二、要保证PWM整流器正常工作，PWM整流器的整流变压器低压侧电压较传统的二极管整流器的整流变压器低压侧电压低，两者变压器不兼容。关于这点，分析如下：