专利名称：应用接触网直接供电的铁路三相信号电源系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及铁路电力电子技术，具体说就是一种应用接触网 直接供电的铁路三相信号电源系统。
(二)
背景技术：
在电气化铁路中，信号、通信等负荷对供电质量的要求越来越高， 为保证这些设备正常、可靠、连续运行， 一般应由两路独立的电源供
电。在非自动闭塞铁路一般站中，以10kV贯通线电源做为主供电源， 以接触网或柴油发电机等做为备用电源；在自动闭塞区段，还增设 10kV自闭线，自动闭塞信号等一级负荷由自闭线主供，贯通线备用。 目前，各站上的负荷多为单相负荷， 一般只有转辙机是三相负荷，按 原有的接线形式负载不平衡度将相当高，接近100% (在转辙机不动 作时)，在这种情况下，多数三相电源装置将不能正常工作。
自闭线建设投资巨大，且建成后的维护检修比较困难，而且存在 自闭线及贯通线同时停电的可能性。
柴油发电机做为备用电源，投资相对较小，但存在以下缺点
a. 由于柴油发电机的特点，不能热备用，因此贯通线停电时不能 实现连续供电，中间有3分钟左右的断电时间；
b. 供电时间有限；
c. 对负荷要求较高，要求三相对称负载；
d. 维护保养复杂困难。
在电气化铁路中，接触网属一级负荷，供电可靠性高，以接触网 电源作为信号等设备的备用电源是最合适不过的了 ，可以做到只要机 车能运行(接触网有电)，就可保证信号等设备能正常工作；但接触 网是单相27. 5kV电源，且受负荷(电力机车)影响，电压波动范围非 常大，谐波含量也非常高，如果直接应用，极易损坏设备，而且，站 内有些需要三相电源的设备(如道岔转辙机)将不能运行。随着电力 电子技术的迅猛发展，功率半导体器件的可靠性、安全性也越来越高， 电力电子电路的拓朴结构也越来越多样化、实用化，这就为利用接触 网电源，经过一系列电力电子变换，输出高可靠、高稳定的优质三相
3交流电源提供了理论及物质上的保证。
(三) 发明内容
本实用新型的目的在于提供一种可有效滤除接触网中的谐波分 量，适应宽范围调压的应用接触网直接供电的铁路三相信号电源系 统。
本实用新型的目的是这样实现的它是由单相接触网电源l、铁
路三相信号电源装置2、 GPRS无线通讯单元3和数据中心4组成的， 单相接触网电源1连接铁路三相信号电源装置2，铁路三相信号电源 装置2连接GPRS无线通讯单元3, GPRS无线通讯单元3无线连接数 据中心4。
本实用新型还有以下技术特征
所述的铁路三相信号电源装置2是由专用变压器5、滤波器6、 谐波抑制器7、整流电路8、逆变器9、隔离变压器IO、滤波单元ll 和相位锁定单元12组成的，专用变压器5连接滤波器6,滤波器6 连接谐波抑制器7、谐波抑制器7连接整流电路8，整流电路8连接 逆变器9，逆变器9连接隔离变压器10，隔离变压器10连接滤波单 元ll,滤波单元11连接相位锁定单元12。
本实用新型具有投资小、可靠性高的特点，可有效滤除接触网中 的谐波分量，适应宽范围调压，负载不平衡度达到100%,并有较强 的抗负荷冲击能力。GPRS通讯-漠式更是方^^了系统的集中管理与维 护。做为高可靠的铁路站用信号电源，直接使用电气化铁路的接触网 电源(电力机车的牵引电源)，真正做到了只要列车能运行(接触网 有电)装置就能正常工作提供信号电源，将电气化铁道的作用发挥到 最大。做为信号设备的主供或备用电源，大大提高了供电的可靠性与 连续性，可取代自闭线的作用，节约运营成本，在个别电力不发达地 区，也可做为设备的主供电源，节约贯通线投资。
图1为本实用新型系统结构方框图； 图2为本实用新型系统装置方框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。实施例1，结合图1、图2，本实用新型应用接触网直接供电的 铁路三相信号电源系统，它是由单相接触网电源(1)、铁路三相信
号电源装置(2 ) 、 GPRS无线通讯单元(3 )和数据中心(4 )组成的， 单相接触网电源(1)连接铁路三相信号电源装置(2 )，铁路三相信 号电源装置(2 )连接GPRS无线通讯单元(3 ) ， GPRS无线通讯单元 (3)无线连接数据中心(4)。 本实用新型还有以下技术特征
所述的铁路三相信号电源装置(2)是由专用变压器(5)、滤波 器(6 )、谐波抑制器(7 )、整流电路(8 )、逆变器(9 )、隔离变 压器(IO)、滤波单元(11)和相位锁定单元(12)组成的，专用变 压器(5 )连接滤波器(6 ),滤波器(6 )连接谐波抑制器(7 )、谐 波抑制器(7 )连接整流电路(8 ),整流电路(8 )连接逆变器(9 ), 逆变器(9)连接隔离变压器(10)，隔离变压器(10)连接滤波单 元(11),滤波单元(11 )连接相位锁定单元(l2 )。
实施例2,结合图1，本实用新型应用接触网直接供电的铁路三 相信号电源系统，具有以下技术特点 (1)采用SP丽(正弦脉宽调制)技术的功率逆变环节
SP丽法是采用脉沖宽度和脉沖之间的间隔均不同的一组脉沖来 等效正弦波[l]。其基本思想是能量等效法，即在一定的时间间隔内 SP画波的能量等效于正弦波所包含的能量。在进行脉宽调制时，使脉 冲序列的占空比按正弦规律来安排，当正弦值为最大时，脉沖的宽度 也最大，而脉冲间的间隔则最小，反之，当正弦值较小时，脉沖的宽 度也小，而脉冲间的间隔则较大，这样的电压脉冲序列可以使负载电 流中的谐波成分大为减小，提高输出的电压质量。功率逆变单元采用 智能功率模块IPM (Intelligent Power Module),该模块集功率器 件和控制、保护电路一体化，是不易损坏的功率器件，可大大提高逆 变器工作的可靠性。 (2 )软硬件结合的锁相技术
在以往的三相逆变电源中，由于负载的严重不平衡，或每相所带 感性或容性负载的不同，常易造成输出三相电压的相位偏差和电压偏 差，影响实际应用。组合式三相逆变器的每一相均独立控制，任一相负载都不会对其
他两相造成任何影响[2]。组合式逆变电源由三个相对独立的单相逆
变器组成，三个单相逆变器的输出端按星型连接，分别独立控制，并
以其中一个的输出为基准(A相)，其它两个逆变器分别采集A相的输 出波形，并提取过零点供单片机分析使用，根据过零点产生的时刻， 通过软件计算和查表处理，确定各自输出波形的相位，从而使三相电 压的输出波形分别相差12 0°,形成标〉,的三相四线制交流电源。 (3 ) GPRS无线通讯技术
在电气化铁路中，大约每隔10公里设一个车站，整个铁路线大约 有几十或上百个这样的车站，不便于装置的运行、维护和集中管理， 光纤通讯成本过高，其他的有线通讯方式则根本就无法实现。GPRS 无线通讯技术的应用很好的解决了这一问题，GPRS公用移动通信平台 具有覆盖面广，可靠性强，无需单独组网建设基地等优点。在信道通 信上采用直接呼叫数据中心，无需级联，组网灵活方便，不受地域限 制，传输速率高，抗干扰能力强等。
实施例3，本实用新型所要解决的问题包括
1) 有效滤除接触网的谐波干扰，并实现宽范围稳压，输出优质 正弦波；
2) 由单相接触网电源，通过电力电子变换，输出三相四线制的 交流电源，并保持输出电压相位的稳定；
3) 提高抗负荷冲击能力并能带三相不平衡负载； 4 )采用GPRS无线通讯技术。
实施例4，本实用新型的目的是这样实现的接触网单相27.5kV 电源经专用变压器隔离降压，然后经过电源滤波器及谐波抑制器滤除 电网上的干扰和谐波后送入整流电路，输出平稳直流，该直流电压分 别送到三个全桥逆变器进行逆变，再经变压器隔离、滤波，同时进行 相位锁定，得到波形光滑失真度小的三相四线制正弦波，同时通过 GPRS Modem将装置的运行情况传送到数据中心，便于调度端的集中 管理与维护。
直流环节
单相27. 5kV接触网电源，经变压器隔离、降压后得到单相低压交流电源，输入到装置内部，经多层次梯级防雷和抗干扰、谐波抑制等 环节滤除来自接触网的干扰及谐波信号，然后经过整流及软启动后， 得到平滑的直流电源，供下一级使用。
逆变环节
在装置内部分成三个独立的逆变回路，由单片机产生SP丽驱动脉 冲，经隔离后控制IPM智能功率模块将直流电变换为基波频率为5OHz 的SP丽波形，再经变压器升压、滤波后得到高精度低失真的平滑交流 波形，同时通过硬件和软件相结合的锁相技术使三个单相逆变器的输 出相位差保持在120。，形成三相四线制交流电源，供给负载使用。单 片机对输出电压进行闭环控制，使输出电压和频率稳定在额定值。
由于三个逆变回路控制上相对独立，互不影响，因此可带100% 的不平衡负荷。针对多数的逆变电源带沖击性负荷能力不强的情况， 采取了逐个脉冲限制的控制方式，在不增加元件的情况下，有效的提 高了装置抗冲击负荷的能力。
GPRS无线通讯
由于装置应用的特殊性，导致装置分散安装在电气化铁路沿线的 各个车站上，不便于管理和维护，有线通讯的方式(光纤)成本太高， 因此采用GPRS无线通讯。
GPRS又称通用无线分组业务，是在GSM系统上发展出来的一种新 无线数据传输业务，具有覆盖面广、传输速度快、永远在线、组网灵 活方便不受地域限制、抗干扰能力强等优点。适合点对点或多点对点 的数据传输业务。本系统组建的是多点对点的通讯网络，即每个装置 上安装一个GPRS Modem,所有装置的数据均上传至调度端(即数据中 心)，供管理人员监控装置的运行状态或对其中某台装置进行必要的 操作。
在正常运行时，分散在各地的装置定时向数据中心传送本身的工 作数据，供管理人员分析判断装置的工作状态和工作情况。在装置产 生故障或过载、短路时，除通报故障类型外，还可录取故障前8个周 波的电压电流实时数据，通过GPRS通道传输至数据中心，在数据中心 通过软件计算将录波数据恢复成故障前的电压电流波形，便于管理人 员进行故障分析和定位。数据中心的管理软件操作简单，釆用图形化显示，根据需要可显 示装置的电压电流运行曲线，并存储历史运行数据和故障报告供运行 人员分析使用。另外，数据中心还可对其管理的任意一台装置进行必 要的操作和设定。
权利要求1.一种应用接触网直接供电的铁路三相信号电源系统，它是由单相接触网电源(1)、铁路三相信号电源装置(2)、GPRS无线通讯单元(3)和数据中心(4)组成的，其特征在于单相接触网电源(1)连接铁路三相信号电源装置(2)，铁路三相信号电源装置(2)连接GPRS无线通讯单元(3)，GPRS无线通讯单元(3)无线连接数据中心(4)。
2. 根据权利要求1所述的一种应用接触网直接供电的铁路三相 信号电源系统，其特征在于所述的铁路三相信号电源装置(2)是 由专用变压器(5 )、滤波器(6 )、谐波抑制器(7 )、整流电路(8 )、 逆变器(9)、隔离变压器(10)、滤波单元(11)和相位锁定单元(12 )组成的，专用变压器(5 )连接滤波器(6 )，滤波器(6 )连 接谐波抑制器(7)、谐波抑制器(7)连接整流电路(8),整流电 路(8)连接逆变器(9)，逆变器(9)连接隔离变压器(10),隔 离变压器(10 )连接滤波单元(11)，滤波单元(11 )连接相位锁定 单元(12)。
专利摘要本实用新型的目的在于提供一种可有效滤除接触网中的谐波分量，适应宽范围调压的应用接触网直接供电的铁路三相信号电源系统。它是由单相接触网电源、铁路三相信号电源装置、GPRS无线通讯单元和数据中心组成的，单相接触网电源连接铁路三相信号电源装置，铁路三相信号电源装置连接GPRS无线通讯单元，GPRS无线通讯单元无线连接数据中心。本实用新型具有投资小、可靠性高的特点，可有效滤除接触网中的谐波分量，适应宽范围调压，负载不平衡度达到100％。GPRS通讯模式方便了系统的集中管理与维护。可取代自闭线的作用，节约运营成本，在个别电力不发达地区，也可做为设备的主供电源，节约贯通线投资。
文档编号H02M5/40GK201388155SQ200920099599
公开日2010年1月20日 申请日期2009年4月16日 优先权日2009年4月16日
发明者吴晓民, 孙成发, 王庆十, 翟永成, 陈振中 申请人:哈尔滨瑞雷电气科技发展有限责任公司