[发明专利]一种模块化多电平结构的交直交牵引供电系统

摘要

一种模块化多电平结构的交直交牵引供电系统，属于电气化铁道技术领域。系统三相降压变压器高压侧连接三相公共电网，低压侧输出经过第一开关断路器与MMC交直交变流器相连，作为变流器的输入,三相交流电能通过MMC交直交变流器的交直交变换为单相交流电能输出，通过第二开关断路器与牵引网相连，另一方面系统三相降压变压器的低压输出侧经过第三开关断路器分两相与牵引网相连，两相之间有分相区，分相区并联一个开关断路器。本发明可以实现电能3AC‑DC‑1AC双向变换，电力系统与牵引供电系统实现低干扰或零干扰隔离，系统输出无升压变压器。解决牵引供电系统中谐波、无功、负序问题，实现与电网电能双向转换。

主权项

1.一种模块化多电平结构的交直交牵引供电系统，其特征在于：三相降压变压器高压侧连接三相公共电网，低压侧输出经过第一开关断路器与MMC交直交变流器相连，作为变流器的输入,三相交流电能通过MMC交直交变流器变换为单相交流电能输出，通过第二开关断路器与牵引网相连；另外三相降压变压器的低压输出侧经过第三开关断路器分两相与牵引网相连，两相牵引网之间设有分相区，分相区并联一个开关断路器；MMC交直交变流器分为整流站和逆变站，整流站分为第一臂、第二臂、第三臂，第一臂、第二臂、第三臂分别由上下两个支路组成，一共6个支路分别是：A相的第一上支路、第一下支路，B相的第二上支路、第二下支路，C相的第三上支路、第三下支路，三相的三个上支路连接在一个公共点，三相下支路连接在一个公共点，每个支路由N个模块单元级联组成，每个支路串接一个支路电抗器，整流站第一臂、第二臂、第三臂的输入侧分别串联一个电抗器，逆变站支路结构与整流站相同，只是由两个臂组成；逆变站输出串接一个输出电抗器；MMC交直交变流器的单元模块结构有两种可以选择，分为半桥式结构和全桥结构模块，模块基于全控性开关电力电子功率器件和二极管；系统三相降压变压器为三相变三相降压变压器，高压侧额定电压为110kV或220kV,低压侧额定电压为27.5kV，低压侧输出分别与MMC交直交变流器、牵引网相连；MMC交直交变流器由整流站和逆变站组成，整流站把三相交流电能变换成直流电，逆变站把直流电变换成单相幅值、相位、频率可控的交流电，整流站和逆变站具有公共直流母线，子模块可以是半桥结构也可以是全桥结构，MMC变流器无输出变压器，额定输出电压与牵引网电压匹配；系统既可以工作在交直交电能变换模式，即通过MMC交直交变流器把公共电网三相电能变换成单相电能供牵引网所用，也可以工作在传统供电模式，即降压变压器三相输出中的两相接在牵引网分相区两侧给牵引网供电；当MMC交直交变流器发生故障时，通过开关控制切除MMC交直交变流器，恢复传统三相‑两相变压器供电的牵引供电模式，运行模式分为正常模式和故障备用模式，正常模式下，第一开关断路器、第二开关断路器、第四开关断路器闭合，第三开关断路器断开；三相降压变压器从公共电网中吸收三相高压电能变换为三相低压电能送到MMC交直交变流器中，变流器的整流站把三相电能变换为直流电，再经过逆变站逆变出幅值、相位、频率可控的单相交流电，送到牵引网上供机车取流；MMC交直交变流器出现故障，则可以断开第一开关断路器、第二开关断路器把变流器从系统中切除，同时断开第四开关断路器,闭合第三开关断路器，这样降压变压器的低压输出侧三相中的两相分别接在分相区的两侧直接给牵引网供电。