一种多功能铁路净化电源的制作方法

本发明属于电气化铁路技术领域，尤其涉及一种应用于电气化铁路27.5kv向铁路电力10kv变换的多功能铁路净化电源。

背景技术：

铁路牵引27.5kv向铁路电力10kv进行电能变换是近年来随着国家铁路建设规模持续扩大以及国防对铁路建设需求增大过程中，逐渐提出的一种新型电能变换装备。由于铁路经过青海、西藏、内蒙、新疆等地带时，常经过几十甚至几百公里的无人区，无人区内电气化铁路沿线的信号、调度、车站供电等无法得到保障。因此提出了从牵引27.5kv向铁路电力10kv进行变换的现实需求。

常规采用从有电区向无电区通过远距离输电实现保障无电区内铁路电力供电的措施，远距离输电存在投资成本大、运维成本高、存在过电压和供电经济性差等问题。而直接利用变压器从27.5kv向10kv进行变换的方法，由于受到铁路机车冲击性和非线性的影响，10kv侧电压存在波动快、畸变率高的问题，低压负荷不能可靠运行甚至烧毁负荷的情况。因此，利用电力电子变换器技术，对27.5kv侧进行变换、隔离和控制是近几年来逐渐发展起来的新型技术，但是常规类型的变换拓扑功能单一，仅能实现为负荷供电的功能，且一旦电力电子器件损坏，整个装置将停机，利用率低下。综上，提出一种电力电子变换器型的多功能变换装置，既能实现27.5kv向10kv的电能变换，又能实现多种功能，提高装置整体利用率，是一种非常有现实意义的需求。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种既实现了铁路27.5kv向铁路电力10kv的电能转换，又可实现自体并网、自体离网、孤源端口、孤源限流滤波功能，大大提高净化电源装置的功能性、利用效率和可靠性，且结构简单、巧妙，易于实现，实现成本低，有利于普及应用的铁路净化电源。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种多功能铁路净化电源，包括有多绕组变压器、级联多电平变换器、联锁开关qf1和qf2、滤波器、双向可控硅、联锁开关qf3和qf4、开关qf5、旁路开关km1和输出变压器t；其中，所述多绕组变压器接入牵引侧桥臂，且其多路低压输出端口连接到级联多电平变换器；所述级联多电平变换器的输出端连接联锁开关qf1，所述联锁开关qf1的输出端连接到滤波器，所述滤波器的输出端通过开关qf5与输出变压器t连接，所述输出变压器t的输出端连接有联锁开关qf4，所述联锁开关qf4的输出端连接到其它线路或负荷、供给10kv电压；所述多绕组变压器的高压输出端口通过联锁开关qf2与联锁开关qf1的输出端相连，同时多绕组变压器的高压输出端口通过旁路开关km1和双向可控硅与滤波器的输出端口相连，旁路开关km1与双向可控硅的连接点通过联锁开关qf3与联锁开关qf4的输出端相连；

当联锁开关qf1闭合、联锁开关qf2断开、旁路开关km1闭合、双向可控硅关断、联锁开关qf3和qf4闭合、开关qf5闭合时，该铁路净化电源形成自体并网功能的拓扑连接结构，此时级联多电平变换器、联锁开关qf1、滤波器、联锁开关qf4和开关qf5并向多绕组变压器的高压端口port1、旁路开关km1、联锁开关qf3输出的10kv电压，且向多绕组变压器的高压端口port1的负荷输送有功功率，对流入多绕组变压器的高压端口port1的无功功率、谐波电流进行电能质量治理；

当联锁开关qf1闭合、联锁开关qf2断开、旁路开关km1断开、双向可控硅关断、联锁开关qf3断开、联锁开关qf4闭合、开关qf5闭合时，该铁路净化电源形成自体离网功能的拓扑连接结构，此时多绕组变压器、级联多电平变换器、滤波器、输出变压器向负荷提供10kv电压；

当联锁开关qf1和qf2断开、旁路开关km1闭合、双向可控硅关断，联锁开关qf3闭合、联锁开关qf4断开、开关qf5断开时，该铁路净化电源形成孤源端口功能的拓扑连接结构，此时多绕组变压器的高压端口port1向负荷侧提供10kv电源；

当联锁开关qf1断开、联锁开关qf2闭合、旁路开关km1断开、双向可控硅闭合、联锁开关qf3闭合、联锁开关qf4断开、开关qf5断开时，该铁路净化电源形成孤源滤波限流功能的拓扑连接结构，此时多绕组变压器的高压端口port1通过滤波器向负荷提供10kv电压，同时滤波器构成单调谐滤波器滤除负荷侧谐波并提供部分无功功率，若负荷侧短路时滤波器的l起到抑制负荷短路电流的功能。

进一步地，所述级联多电平变换器是ac-dc-ac型级联多电平变换器，由多个ac-dc-ac型功率单元采用级联链式结构组合而成。

进一步地，每个所述ac-dc-ac型功率单元的输入侧为整流电路，中间为储能平波电容，输出为逆变电路，该逆变电路输出有旁路开关。

进一步地，所述输出滤波器是lcr滤波器，其lcr部分通过开关qf5与输出变压器t连接，共同构成lcr-t型输出滤波器；所述多绕组变压器的高压输出端口通过旁路开关km1和双向可控硅与lcr-t型输出滤波器的lcr输出端口相连。

本发明的有益效果是：

本发明通过上述技术方案，即可实现了自体并网、自体离网、孤源端口、孤源限流滤波功能，大大提高净化电源装置的功能性、利用效率和可靠性，而且该铁路净化电源具有结构简单、巧妙，易于实现，实现成本低等优点，有利于普及应用。

附图说明

图1是本发明所述多功能铁路净化电源实施例的结构示意图；

图2是本发明所述多功能铁路净化电源实施例中功率单元的结构示意图；

图3是本发明所述多功能铁路净化电源实施例实现自体并网功能时的结构示意图；

图4是本发明所述多功能铁路净化电源实施例自体离网功能时的结构示意图；

图5是本发明所述多功能铁路净化电源实施例孤源端口功能时的结构示意图；

图6是本发明所述多功能铁路净化电源实施例孤源限流滤波功能时的结构示意图；

图7是本发明所述多功能铁路净化电源实施例应用在既有站升级改造时的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图7所示：

本发明实施例所述的多功能铁路净化电源，包括有多绕组变压器、级联多电平变换器、联锁开关qf1和qf2、滤波器、双向可控硅、联锁开关qf3和qf4、开关qf5、旁路开关km1和输出变压器t。所述多绕组变压器接入牵引侧桥臂，且其多路低压输出端口连接到级联多电平变换器；所述级联多电平变换器的输出端连接联锁开关qf1，所述联锁开关qf1的输出端连接到滤波器；所述滤波器的输出端通过开关qf5与输出变压器t连接，所述输出变压器t的输出端连接有联锁开关qf4，所述联锁开关qf4的输出端连接到其它线路或负荷、供给10kv电压；所述多绕组变压器的高压输出端口通过联锁开关qf2与联锁开关qf1的输出端相连，同时多绕组变压器的高压输出端口通过旁路开关km1和双向可控硅与滤波器的输出端口相连，旁路开关km1与双向可控硅的连接点通过联锁开关qf3与联锁开关qf4的输出端相连。其中，所述级联多电平变换器可以是ac-dc-ac型级联多电平变换器，由多个ac-dc-ac型功率单元采用级联链式结构组合而成(如图1)，而且每个ac-dc-ac型功率单元的输入侧为整流电路，中间为储能平波电容，输出为逆变电路，该逆变电路输出有旁路开关，如图2所示；所述滤波器可以是lcr滤波器，其lcr部分通过开关qf5与输出变压器t连接，共同构成lcr-t型输出滤波器；所述多绕组变压器的高压输出端口通过旁路开关km1和双向可控硅与lcr-t型输出滤波器的lcr输出端口相连。

如图3，当联锁开关qf1闭合、联锁开关qf2断开、旁路开关km1闭合、双向可控硅关断、联锁开关qf3和qf4闭合、开关qf5闭合时，该铁路净化电源形成自体并网功能的拓扑连接结构，此时级联多电平变换器、联锁开关qf1、滤波器、联锁开关qf4和开关qf5并向多绕组变压器的高压端口port1、旁路开关km1、联锁开关qf3输出的10kv电压，且向多绕组变压器的高压端口port1的负荷输送有功功率，对流入多绕组变压器的高压端口port1的无功功率、谐波电流进行电能质量治理。

如图4，当联锁开关qf1闭合、联锁开关qf2断开、旁路开关km1断开、双向可控硅关断、联锁开关qf3断开、联锁开关qf4闭合、开关qf5闭合时，该铁路净化电源形成自体离网功能的拓扑连接结构，此时多绕组变压器、级联多电平变换器、滤波器、输出变压器(即lcr-t型输出滤波器)向负荷提供10kv电压。

如图5，当联锁开关qf1和qf2断开、旁路开关km1闭合、双向可控硅关断，联锁开关qf3闭合、联锁开关qf4断开、开关qf5断开时，该铁路净化电源形成孤源端口功能的拓扑连接结构，此时多绕组变压器的高压端口port1向负荷侧提供10kv电源。

如图6，当联锁开关qf1断开、联锁开关qf2闭合、旁路开关km1断开、双向可控硅闭合、联锁开关qf3闭合、联锁开关qf4断开、开关qf5断开时，该铁路净化电源形成孤源滤波限流功能的拓扑连接结构，此时多绕组变压器的高压端口port1通过滤波器(即lcr滤波器)向负荷提供10kv电压，同时滤波器(即lcr滤波器)构成单调谐滤波器滤除负荷侧谐波并提供部分无功功率，若负荷侧短路时滤波器的l起到抑制负荷短路电流的功能。

这样，将本发明所述铁路净化电源应用到电气化铁路牵引27.5kv向铁路电力10kv转换领域，即可实现了自体并网、自体离网、孤源端口、孤源限流滤波功能，大大提高净化电源装置的功能性、利用效率和可靠性，而且该铁路净化电源具有结构简单、巧妙，易于实现，实现成本低等优点，有利于普及应用，包括在新建站和既有站可按照上述方案进行实施，同时在既有站改造时站内常备用55/10kv动力变压器，可以在动力变压器输出进行既有站改造，当然也可如图7所示，在设计阶段对净化电源的输入侧改为10kv三相输入，其它条件不变，净化电源即可以得到第二套应用方案。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。