[发明专利]一种同相供电装置

权利要求书

1.一种同相供电装置，其特征在于：由三相YY型牵引变压器和三相-单相AC/AC变换器构成；所述三相YY型牵引变压器实现降压及电气隔离，所述三相-单相AC/AC变换器实现三相工频交流电压至单相工频交流电压变换；所述三相YY型牵引变压器的各相高压侧绕组一端T1、T2、T3分别连接至三相交流电网，另一端连接在一起形成中性点N1；所述三相YY型牵引变压器各相低压侧绕组一端T4、T5、T6分别连接至三相-单相AC/AC变换器输入侧端子Ta、Tb、Tc，另一端连接在一起形成中性点N2；所述三相-单相AC/AC变换器包括高压输入级三相全桥型模块化多电平变换器和中间级K台隔离型AC/AC变换器，K的取值范围为5～30；中间各隔离型AC/AC变换器采用输入侧并联输出侧级联方式进行连接；各隔离型AC/AC变换器的高频隔离变压器高压侧绕组端子a连接谐振电容Cr1及谐振电感Lr后连接至三相全桥型模块化多电平变换器的星接点P+，高压侧绕组端子b直接连接至三相全桥型模块化多电平变换器星接点P-；各隔离型AC/AC变换器高频隔离变压器的低压侧绕组端子c连接谐振电容Cr2后连接至第一H桥单元交流端子AC1+，低压侧绕组端子d直接连接至第一H桥单元交流端子AC1-，在第一H桥单元中，开关器件S1、S3集电极均与低压侧储能电容CL1正极P_cap连接，开关器件S2、S4发射极均与低压侧储能电容CL1负极N_cap连接，开关器件S1的发射极与S2的集电极连接形成交流端子AC1+，开关器件S3的发射极与S4的集电极连接形成交流端子AC1-；在第二H桥单元中，开关器件S5、S7集电极均与低压侧储能电容CL1正极P_cap连接，开关器件S6、S8发射极均与低压侧储能电容CL1负极N_cap连接，开关器件S5的发射极与S6的集电极连接形成交流端子AC2+，开关器件S7的发射极与S8的集电极连接形成交流端子AC2-，除第1隔离型AC/AC变换器外，其余各隔离型AC/AC变换器第二H桥单元交流端子AC2+均连接至相邻上一个隔离型AC/AC变换器第二H桥单元交流端子AC2-；第1隔离型AC/AC变换器第二H桥单元交流端子AC2+连接至输出端子Tx,第N隔离型AC/AC变换器第二H桥单元交流端子AC2-连接至输出端子Ty，所述三相-单相AC/AC变换器输出侧端子Tx、Ty分别连接接触网和钢轨，以实现电力机车牵引供电；

所述三相-单相AC/AC变换器中，三相全桥型模块化多电平变换器与第一H桥单元之间通过高频变压器漏感L_res、谐振电容Cr1、Cr2及外串谐振电感Lr构成串联谐振回路，三相全桥型模块化多电平变换器将三相工频交流电压变换为幅值呈现两倍电网工频波动的50％占空比高频方波电压，其工作频率与谐振频率f_res相同，第一H桥单元按照开环50％占空比开环工作方式交流侧输出同频同相且幅值呈现相同变化的高频方波电压，第二H桥单元检测低压侧储能电容CL1电压为零时开环轮换导通对角开关器件S5、S8和S7、S6，且轮换周期等于两倍电网工频周期。

2.根据权利要求1所述的一种同相供电装置，其特征在于：所述三相全桥型模块化多电平变换器在进行调制时，各相上、下桥臂变换器AU、AL、BU、BL、CU、CL电压参考值表示为：

u_{X_con}为三相全桥型模块化多电平变换器采用传统电容电压和外环+三相网侧电流内环及子模块均匀控制策略后产生的工频输出电压，x＝A，B，C，u_{HF_cm}为高频共模50％占空比方波电压，其工作频率与谐振频率f_res相同；u_{LF_cm}为两倍电网工频共模参考电压，计算为：为电力机车所需供电电压，K为中间级隔离型AC/AC变换器数量，k_TF为中间隔离型AC/AC变换器高频变压器电压变比。

3.根据权利要求2所述的一种同相供电装置，其特征在于：所述三相全桥型模块化多电平变换器输出幅值呈现两倍电网工频波动的高频方波电压至各隔离型AC/AC变换器，经谐振网络及第一H桥单元后，使得低压直流侧储能电容电压按照u_{LF_cm}进行变化，通过第二H桥单元在电压为零时刻轮换导通对角开关器件S5、S8和S7、S6，可实现第二H桥单元AC2+及AC2-之间输出频率为电网工频的交流电压，可表示为：