一種電氣化鐵路牽引變電所自用電交直交型供電系統結構的製作方法
2024-03-04 19:36:15
本發明涉及一種應用於牽引變電所自用電交直交型供電系統結構，屬於電力電子技術在中低壓供配電系統中的應用。
背景技術：
在牽引變電所中，為了保證供電裝置的正常操作和安全運行，需要對所內中低壓交流用電予以切實保障，包括變壓器冷卻風扇、設備加熱、蓄電池室內通風、室內外照明、移動油業務、設備檢修、蓄電池組的充電等設備。為了可靠的向交流自用電設備供電，牽引變電所通常設有兩臺容量為100～200kV·A的自用電變壓器，一臺工作，一臺備用。每臺變壓器都應能單獨承擔變電所自用電負荷，並有備用電源自投裝置。自用電變壓器一般從10kV電力貫通線取電，在電力貫通線敷設不便時從牽引側母線取電。
在上述交流自用電供電模式中，存在著以下幾個問題：
1、從10kV電力貫通線取電時，需要為變電所單獨敷設與牽引平行的電力貫通線。同時，由於存在電纜末端降壓問題，沿途還要增加自耦變壓器提高電壓，額外增加成本。
2、從10kV電力貫通線取電時，需要單獨與公共電網核算成本，不能利用牽引供電系統中的大量冗餘電能和機車的再生制動能量，增加了鐵路運輸企業的成本。
3、直接用自用電變壓器從牽引母線側取電時，其繞組接線方式和結構隨牽引變電器接線方式的不同而不同，接線方式和結構較為複雜。
4、自用電變壓器在接牽引側單相電變三相電時，可能會存在缺相問題，所以一般會在牽引變電所備有劈相機、劈相變壓器等應急單相-三相電源，增加設備和維護投入。
5、由於交直機車的大量存在，使得牽引網存在比較嚴重的諧波等電能質量問題，而目前普遍的並聯電容器只能進行粗略補償。經過自用電變壓器的轉換，直接將電能質量較差的電能提供給所內自用電設備，會損壞設備的工作壽命。
技術實現要素：
本發明提出的一種電氣化鐵路牽引變電所自用電交直交型供電系統結構，在牽引變電所中通過電力電子變換裝置取代現行的自用電變壓器直接從牽引側母線取電，為所內設備提供電能，結構相對固定，可以利用再生制動能量，不存在缺相問題，並對電鐵諧波進行精細補償，為所內設備提供電能，提高用電設備的工作壽命。
本發明的技術方案：
一種電氣化鐵路牽引變電所自用電交直交型供電系統結構，包括降壓變壓器，單相-三相變換器和隔離變壓器三級結構；所述單相-三相變換器由脈衝整流器，中間直流迴路和三相逆變器組成；
所述降壓變壓器高壓側連接牽引變電所牽引變壓器一側供電臂，其低壓側通過輸入電感連接單相-三相變換器的輸入端；隔離變壓器的一側連接單相-三相變換器的輸出端，另一側輸出端接入牽引變電所內交流自用電設備；
其特徵在於：
所述中間直流迴路、脈衝整流器和三相逆變器三者之間相互並聯。
進一步地，所述脈衝整流器採用兩電平全橋結構，由兩個第一半橋電路並聯組成，每個第一半橋電路由兩個帶反向並聯二極體的功率開關管串聯組成；其中一個第一半橋電路的兩個功率開關管的串聯點通過輸入電感連接所述降壓變壓器的一個低壓側，另一個第一半橋電路的兩個功率開關管的串聯點與所述降壓變壓器的另一個低壓側直接相連；
所述中間直流迴路由第一支撐電容C構成；
所述三相逆變器採用兩電平全橋結構，由三個第一半橋電路並聯組成，每個半橋電路由兩個帶反向並聯二極體的功率開關管串聯組成；三相逆變器中的三個第一半橋電路的兩個功率開關管的串聯點分別連接至隔離變壓器連接單相-三相變換器輸出端的一側；所述降壓變壓器採用單相降壓變壓器，所述隔離變壓器採用三相隔離變壓器。
本發明的有益效果：
本發明提供的一種電氣化鐵路牽引變電所自用電交直交型供電系統結構，採用電力電子變流裝置不會因為牽引變壓器的接線方式不同而有所改變，有利於系統的模塊化和集成化，簡化供電系統；不用沿線敷設電力貫通線和自耦變壓器，節省了大量的建設成本和運營成本；可以利用牽引變壓器大量的冗餘電能，並可以部分利用機車再生制動能量；採用電力電子變流裝置可以通過控制系統實現對電氣化鐵路諧波的精細補償，提高電能質量；避免在牽引網側取電時產生的缺相問題，不必設置應急使用的劈相機或劈相變壓器等單相-三相電源，減少建設和維護投入。
附圖說明
圖1是本發明提供的一種電氣化鐵路牽引變電所自用電交直交型供電系統結構的結構示意圖；
圖2是本發明提供的一種電氣化鐵路牽引變電所自用電交直交型供電系統結構的結構示意圖，採用單相降壓變壓器，脈衝整流器和三相逆變器均為兩電平全橋結構，中間直流迴路為單個支撐電容。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明進行詳細說明如下：
如圖1所示，本發明所述的一種電氣化鐵路牽引變電所自用電交直交型供電系統結構，包括降壓變壓器，單相-三相變換器和隔離變壓器三級結構；所述單相-三相變換器由脈衝整流器，中間直流迴路和三相逆變器組成；
所述降壓變壓器高壓側連接牽引變電所牽引變壓器一側供電臂，其低壓側通過輸入電感連接單相-三相變換器的輸入端；隔離變壓器的一側連接單相-三相變換器的輸出端，另一側輸出端接入牽引變電所內交流自用電設備；
其特徵在於：
所述中間直流迴路、脈衝整流器和三相逆變器三者之間相互並聯。
設置降壓變壓器的變比使其匹配單相-三相變換器的工作電壓，為單相-三相變換器提供穩定的工作電壓。由於脈衝整流器和三相逆變器都採用功率開關管器件，可以有效地減小模塊的體積與重量，還可提高功率傳輸效率。
如圖2所示，本發明所述的一種電氣化鐵路牽引變電所自用電交直交型供電系統結構，所述脈衝整流器採用兩電平全橋結構，由兩個第一半橋電路並聯組成，每個第一半橋電路由兩個帶反向並聯二極體的功率開關管串聯組成；其中一個第一半橋電路的兩個功率開關管的串聯點通過輸入電感連接所述降壓變壓器的一個低壓側，另一個第一半橋電路的兩個功率開關管的串聯點與所述降壓變壓器的另一個低壓側直接相連；
所述中間直流迴路由第一支撐電容C構成；
所述三相逆變器採用兩電平全橋結構，由三個第一半橋電路並聯組成，每個半橋電路由兩個帶反向並聯二極體的功率開關管串聯組成；三相逆變器中的三個第一半橋電路的兩個功率開關管的串聯點分別連接至隔離變壓器連接單相-三相變換器輸出端的一側；所述降壓變壓器採用單相降壓變壓器，所述隔離變壓器採用三相隔離變壓器。
三相電網的三相輸出經三相-兩相牽引變壓器輸出後變換為兩相輸出，分別接入牽引網的兩個供電臂，牽引變壓器的每一相輸出連接降壓變壓器的高壓側，降壓變壓器的低壓側連接單相-三相變換器的輸入端，單相-三相變換器的三相輸出連接三相隔離變壓器的一側，三相變壓器的另一側輸出可為所內用電設備供電。兩相的交直交供電系統互為備用。
脈衝整流器將降壓變壓器輸入的單相交流電壓整流成穩定的直流電壓，經過中間直流電路有效隔離後輸入三相逆變器，三相逆變器將穩定的直流電壓逆變成三相交流電壓後連接到三相隔離變壓器後為所內用電設備供電；同理，牽引變壓器的另一相連接相同的結構作為備用電源也為相應負荷供電；由於單相-三相變換器模塊均採用可控的開關管，通過對開關管的控制，可以實現單相-三相變換器輸入側的單位因數控制。
本領域的普通技術人員將會意識到，這裡所述的實施例是為了幫助讀者理解本發明的原理，應被理解為本發明的保護範圍並不局限於這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據本發明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發明實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發明的保護範圍內。