本發(fā)明涉及電氣化鐵路牽引供電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，我國存在大量的單相負(fù)荷，尤其是我國的牽引供電系統(tǒng)，電氣化鐵道采用單相工頻交流制，牽引供電系統(tǒng)通過牽引變電所與電力系統(tǒng)相連接，牽引變電所的核心設(shè)備是牽引變壓器。近幾年來，直供方式的vv接線的牽引變壓器，at方式的vx接線的牽引變壓器，ynvd牽引變壓器，斯科特(scott)牽引變壓器等實(shí)現(xiàn)了三相-兩相變換，但是我國牽引供電系統(tǒng)都存在兩個(gè)主要問題：電分相問題，負(fù)序問題。電分相問題使得供電線路存在無電區(qū)，無電區(qū)的存在嚴(yán)重影響牽引供電系統(tǒng)的整體性能；牽引負(fù)荷是單相負(fù)荷，具有嚴(yán)重的不對稱性，因此向電力系統(tǒng)注入大量負(fù)序電流，引起三相電網(wǎng)的嚴(yán)重不平衡。并且當(dāng)機(jī)車緊急制動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的能量無法返回電網(wǎng)，只通過電阻消耗多余的能量，不利于節(jié)能。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，為了解決上述問題，提出了一種利用牽引變電所的牽引變壓器，將變壓器輸出的兩個(gè)單相電變換成一個(gè)單相電的電力電子變換器，該變換器可以實(shí)現(xiàn)負(fù)序和無功的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償；能夠治理單相負(fù)荷的諧波，改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量；取消現(xiàn)有牽引供電系統(tǒng)中的過分相，有助于高速、重載鐵路的發(fā)展；能實(shí)現(xiàn)能量回饋等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電力電子變壓器，它能有效地解決動(dòng)態(tài)治理負(fù)序電流和補(bǔ)償無功及牽引網(wǎng)電分相的問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：在牽引變電所內(nèi)部變壓器的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行改進(jìn)，經(jīng)過電力電子變換裝置，將兩個(gè)單相電轉(zhuǎn)成一個(gè)單相電用于牽引網(wǎng)。該裝置取消了過分相，并且當(dāng)牽引機(jī)車處于再生制動(dòng)時(shí)，能夠向電網(wǎng)反饋達(dá)標(biāo)的電能，實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。該裝置采用多電平級聯(lián)輸入，兩相輸出的單相交流電可以串聯(lián)或者并聯(lián)。綜上，該裝置既有利于我國鐵路事業(yè)的發(fā)展，又有利于環(huán)境、節(jié)約電能。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為：

一種電力電子變壓器，包括牽引變壓器、單相電力電子變壓器a和單相電力電子變壓器b，與牽引變電所中的牽引變壓器配合使用，將牽引變壓器輸出的兩相電變換為單相電，單相電力電子變壓器a和單相電力電子變壓器b均為采用n個(gè)變換器模塊級聯(lián)相接形成的輸入級聯(lián)結(jié)構(gòu)的兩相-單相電力電子變壓器；當(dāng)牽引變電所中采用的牽引變壓器為斯科特變壓器時(shí)，輸出α、β相兩個(gè)單相電，兩相-單相電力電子變壓器與斯科特變壓器配合使用，α相輸出a1p’經(jīng)過連接電抗la與兩相-單相電力電子變壓器中的單相電力電子變壓器a的正輸入端a1p相連，β相輸出b1p’經(jīng)過連接電抗lb與單相電力電子變壓器b的正輸入端b1p相連，單相電力電子變壓器a的負(fù)輸入端ann與單相電力電子變壓器b的負(fù)輸入端bnn相連；當(dāng)采用輸出為并聯(lián)結(jié)構(gòu)時(shí)，單相電力電子變壓器a的正輸出端a1p與單相電力電子變壓器b的正輸出端b1p相連，單相電力電子變壓器a的負(fù)輸出端ann與單相電力電子變壓器b的負(fù)輸出端bnn相連；當(dāng)采用輸出為串聯(lián)結(jié)構(gòu)時(shí)，單相電力電子變壓器a的正輸出端a1p與單相電力電子變壓器b的負(fù)輸出端bnn相連單相電力電子變壓器a的負(fù)輸出端ann與鐵軌n相連，b1p經(jīng)連接電抗l與接觸網(wǎng)p相連；當(dāng)牽引變電所中采用的是vv接線變壓器時(shí)，輸出t1、t2相兩個(gè)單相電，兩相-單相電力電子變壓器與vv接線變壓器配合使用，單相電力電子變壓器b的負(fù)輸入端bnn與單相電力電子變壓器a的負(fù)輸入端ann相連，t2相的輸出b1p’通過電抗lb與單相電力電子變壓器b的正輸入端b1p相連，t1相的輸出a1p’通過電抗la與單相電力電子變壓器a的正輸入端a1p相連，單相電力電子變壓器a的負(fù)輸出端ann連接到鐵軌n上，單相電力電子變壓器b的正輸出端b1p經(jīng)電抗l與接觸網(wǎng)p相連；當(dāng)采用并聯(lián)輸出時(shí)，單相電力電子變壓器a的正輸出端a1p與單相電力電子變壓器b的正輸出端b1p相連，單相電力電子變壓器a的負(fù)輸出端ann與單相電力電子變壓器b的負(fù)輸出端bnn相連；當(dāng)采用串聯(lián)輸出時(shí)，單相電力電子變壓器a的正輸出端a1p與單相電力電子變壓器b的負(fù)輸出端bnn相連。

所述變換器模塊級聯(lián)相接的方式為：單相電力電子變壓器a和單相電力電子變壓器b的左端輸入接線方式，其中，變換器模塊1的正輸入端a1p接出、負(fù)輸入端a1n與變換器模塊2的正輸入端a2p相連，依次類推，變換器模塊n-1的負(fù)輸入端a(n-1)n與變換器模塊n的正輸入端anp相接，負(fù)輸入端ann接出，將n個(gè)變換器模塊輸入端連接起來；變換器模塊1的正輸出端a1p接出、負(fù)輸出端a1n與變換器模塊2中的正輸出端a2n相接，同樣依次類推；單相電力電子變壓器b中n個(gè)變換器模塊也采用相同的方式連接，n>1。

所述的變換器模塊個(gè)數(shù)n的具體數(shù)量與具體采用的開關(guān)管、采取拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相關(guān)，當(dāng)采用開關(guān)管的耐壓等級越高，n的大小相應(yīng)的就越??；當(dāng)采取多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，n也相應(yīng)較小，反之，變換器模塊個(gè)數(shù)較多。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果是：

1、本發(fā)明是在現(xiàn)有牽引變電所的基礎(chǔ)上，將牽引變壓器輸出的兩個(gè)α(t1)、β(t2)單相電轉(zhuǎn)成一個(gè)單相電的電力電子裝置，無需改造牽引變電所，適用性、經(jīng)濟(jì)性高。

2、本發(fā)明的使用，可以實(shí)現(xiàn)同相供電并取消牽引網(wǎng)的電分相，能夠解決負(fù)序和無功的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、治理單相負(fù)荷的諧波、實(shí)現(xiàn)能量回饋，從而改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

3、每相的單相-單相變換器級聯(lián)再串聯(lián)或并聯(lián)輸出，提高了輸出電壓等級。

4、可以根據(jù)供電網(wǎng)絡(luò)的電壓信息調(diào)整逆變器輸出的電壓相位、頻率和幅值，使之滿足用戶要求，提高電能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明用于斯科特變壓器串聯(lián)型結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明用于斯科特變壓器并聯(lián)型結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明用于vv接線變壓器串聯(lián)型結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明用于vv接線變壓器并聯(lián)型結(jié)構(gòu)圖；

圖5是本發(fā)明串聯(lián)型結(jié)構(gòu)圖；

圖6是本發(fā)明并聯(lián)型結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

圖1、2所示的是本發(fā)明與斯科特(scott)牽引變壓器配合使用的輸出串聯(lián)、輸出并聯(lián)外部接線方式。圖3、4表示的是本發(fā)明與vv接線變壓器配合使用的情況。圖5、圖6所示分別為本發(fā)明的輸出并聯(lián)、輸出串聯(lián)內(nèi)部具體實(shí)施方式：一種兩相-單相電力電子變壓器，包括牽引變壓器、單相電力電子變壓器a和單相電力電子變壓器b。適用于牽引變電所的兩相-單相電力電子變壓器，在現(xiàn)有變電所的基礎(chǔ)上，三相電網(wǎng)的每一相(a，b，c)經(jīng)牽引變壓器輸出α(t1)、β(t2)兩相，再級聯(lián)n(n>1)個(gè)變換器模塊(a1～an，b1～bn)接出，形成輸入級聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換裝置。輸出有串聯(lián)和并聯(lián)兩種結(jié)構(gòu)。其中：

a、當(dāng)牽引變電所中采用的牽引變壓器為斯科特(scott)變壓器時(shí)，輸出α、β相兩個(gè)單相電，兩相-單相電力電子變壓器與斯科特(scott)變壓器配合使用時(shí)，α相輸出a1p’經(jīng)過連接電抗la與兩相-單相電力電子變壓器中的單相電力電子變壓器a的正輸入端a1p相連，β相輸出b1p’經(jīng)過連接電抗lb與單相電力電子變壓器b的正輸入端b1p相連，單相電力電子變壓器a的負(fù)輸入端ann與單相電力電子變壓器b的負(fù)輸入端bnn相連；當(dāng)采用輸出為并聯(lián)結(jié)構(gòu)時(shí)，單相電力電子變壓器a的正輸出端a1p與單相電力電子變壓器b的正輸出端b1p相連，單相電力電子變壓器a的負(fù)輸出端ann與單相電力電子變壓器b的負(fù)輸出端bnn相連；當(dāng)采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)時(shí)，單相電力電子變壓器a的正輸出端a1p與單相電力電子變壓器b的負(fù)輸出端bnn相連，單相電力電子變壓器a的負(fù)輸出端ann與鐵軌n相連，單相電力電子變壓器b的正輸出端b1p經(jīng)連接電抗l與接觸網(wǎng)p相連；當(dāng)牽引變電所中采用的是vv接線變壓器時(shí)，兩相-單相電力電子變壓器與vv接線變壓器配合使用，bnn與ann相連，t2相的輸出b1p’通過電抗lb與單相電力電子變壓器b中的正輸入端b1p相連，t1相的輸出a1p’通過電抗la與單相電力電子變壓器a的正輸入端a1p相連。單相電力電子變壓器a的負(fù)輸出端ann連接到鐵軌n上，單相電力電子變壓器b的正輸出端b1p經(jīng)電抗l與接觸網(wǎng)p相連；當(dāng)采用并聯(lián)輸出時(shí)，單相電力電子變壓器a的正輸出端a1p與單相電力電子變壓器b的正輸出端b1p相連，單相電力電子變壓器a的負(fù)輸出端ann與單相電力電子變壓器b的負(fù)輸出端bnn相連。

b、本發(fā)明的單相電力電子變壓器a和單相電力電子變壓器b的左端輸入接線方式，其中的變換器模塊1的正輸入端a1p接出、負(fù)輸入端a1n與變換器模塊2中的正輸入端a2p相連，依次類推，變換器模塊n-1的負(fù)輸入端a(n-1)n與變換器模塊n的正輸入端anp相連，負(fù)輸入端ann接出；變換器模塊1的正輸出端a1p接出、負(fù)輸出端a1n與變換器模塊2中的正輸出端a2n相接，同樣依次類推，變換器模塊n-1的負(fù)輸出端a(n-1)n與變換器模塊n的正輸出端anp相連，負(fù)輸出端ann接出。同理，單相電力電子變壓器b中n個(gè)變換器模塊也采用相同的方式連接。具體變換器模塊數(shù)根據(jù)具體采用的開關(guān)管耐壓等級和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而定。

本發(fā)明提出的與牽引變壓器配套使用的一種電力電子變壓器，該兩相-單相電力電子變壓器中的單相電力電子變壓器a和單相電力電子變壓器b采用n個(gè)變換器模塊級聯(lián)，其變換器主要由整流電路、雙向dc-dc變換電路和逆變電路組成。從調(diào)制電平角度，電路可以是兩、三電平結(jié)構(gòu)，也可以是多電平結(jié)構(gòu)，從橋路結(jié)構(gòu)角度，電路可以是全橋、半橋結(jié)構(gòu)，另外雙向dc-dc變換電路中還可以具有諧振網(wǎng)絡(luò)或者無諧振網(wǎng)絡(luò)。結(jié)構(gòu)能夠承受高壓，輸出有串聯(lián)或并聯(lián)兩種方式，直接與單相牽引網(wǎng)相連，提高了輸出電壓等級。本發(fā)明在現(xiàn)有牽引變電所的基礎(chǔ)上，無需改造牽引變電所就能取消了牽引網(wǎng)的過分相，實(shí)現(xiàn)了同相供電，可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償負(fù)序和無功、治理單相負(fù)荷的諧波、實(shí)現(xiàn)能量回饋，從而改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量。并且可以根據(jù)供電網(wǎng)絡(luò)的電壓信息調(diào)整逆變器輸出的電壓相位、頻率和幅值，使之滿足用戶要求，提高電能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。