联而成，如图4所示；H桥模块SM为二 电平单相全桥结构，由四个可控开关和一个直流储能电容构成，可控开关由IGBT与反向二 极管并联而成，如图5所示。三个桥臂分别直挂于交流系统，MMCjPMMCb承受单相交流电 压，MMC。承受两牵引侧电压差值。桥臂交流电压由SM的直流电容电压U。组合得到，并由电 感L上的电压加以弥补。
[0025] 其工作原理是：
[0026] 当牵引母线接于牵引变压器次边ax时，ax向牵引母线提供（吸收，系再生制动工 况）主要功率，剩余功率由bx通过"n"型有源补偿装置提供（吸收），总的负序、无功和 谐波标准在国标要求范围内。当牵引母线接于bx时，情况亦然。当两牵引侧电压相位角相 差120度时，称为120度接线，三个级联H桥臂承受的交流电压相等，SM子模块数相等。当 两牵引侧电压相位角相差90度时，称为90度接线，横臂承受电压为纵臂电压的&倍，横臂 SM子模块数目也为纵臂的^倍，接有牵引母线的牵引侧仅提供（吸收）有功功率，剩余的 有功和全部无功均通过"n"型有源补偿装置提供（吸收）。各个级联H桥臂结构上彼此独 立，无相互耦合联系。由于无共同直流环节，属交一交型变换能量传递系统。通过控制各个 级联H桥臂可实现负序、无功、谐波的补偿。当需要进行牵引网防融冰时，只需要牵引母线 侧的桥臂产生相应大小的防融冰电流即可。
[0027] 实施例2
[0028] 当牵引负荷功率因数为1时的情况，将图1中的桥臂MMCa省略，形成图2所示本 实用新型的第二种【具体实施方式】一一120接线"「"型结构：牵引变压器次边ax连接牵引 母线，桥臂MMC。连接牵引变压器次边两相输出ax和bx;桥臂MMCb并联在牵引变压器次边 bx。因此，H桥有源补偿装置由两个级联H桥臂构成"「"型结构。该结构也可将两侧供电 转变为单侧供电，即同相供电。每个级联H桥臂与实施方式1相同。
[0029] 实施例3
[0030] 当牵引负荷功率因数为1时的情况，将图1中的桥臂MMC。省略，形成图3所示本 实用新型的第三种【具体实施方式】一一90接线"II"型结构：牵引变压器次边ax和bx分别 与桥臂MMCa、MMCb并联，牵引正极母线的接于ax的a端钮，牵引负极母线接于bx的b端钮。 因此，H桥有源补偿装置由两个级联H桥臂构成"II"型结构。该结构也可将两侧供电转变 为同相供电。由于此时牵引母线电压为牵引侧ax(或bx)的&倍，故需将牵引变压器次边 电压降为原来的1/七。每个级联H桥臂与实施方式1相同。
[0031] 应用实例：一电气化铁路单相V/V接线牵引变电所，原边进线额定（线）电压（有 效值）为220kV，次边两牵引侧额定电压（有效值）均为27. 5kV;有源补偿同相供电装置采 用基于级联H桥"II"型结构：两牵引侧ax、bx并联于MMCa、MMCb纵臂，牵引负荷接于ax侧。由 于ax与bx的电压相位差为120°，三组级联H桥臂承受的电压相等，都为27. 5kV。在完全补 偿负序、谐波和无功情况下，通过MMCb和MMC。桥臂的电流为1 /#X(负荷有功电流）， 通过丽(；桥臂的电流为负荷无功和谐波电流。由于未使用中间变压器，减少了占地和投资， 更为可观的是流过桥臂的电流未受变压器抬升，有源补偿装置过载能力得以保障。
[0032] 本实用新型三种结构形式的有源补偿装置各个级联H桥臂结构彼此独立，无相互 耦合联系；无共同直流环节，属交一交型变换能量传递系统；模块化设计使其具备过负载 能力。当牵引母线接于牵引变压器次边牵引侧a时，a侧向牵引母线提供（吸收，系再生 制动工况）主要功率，剩余功率由0侧通过"n"型有源补偿装置提供（吸收），总的负序、 无功和谐波标准在国标要求范围内。当牵引母线接于0侧时，情况亦然。
【主权项】
1. 一种基于模块化级联H桥的有源补偿同相供电系统，其特征在于，主要由牵引变压 器和级联H桥有源补偿装置组成，其中，牵引变压器原边接于三相电网，次边形成两个牵引 侦W a和0 );级联H桥有源补偿装置由三个级联H桥臂构成"n"型结构，记"n"结构上 方一桥臂为横臂，另两桥臂为纵臂；即：横臂跨接在牵引变压器次边两牵引侧（a和0 )之 间，牵引变压器次边两牵引侧（a和0)分别与"n"结构的左右两纵臂并联后再由牵引侧 之一 a或0接于牵引母线，转变两侧供电为单侧供电，即同相供电，以实现负序、无功、谐 波的补偿；每个级联H桥臂均由结构相同的H桥模块SM与电感L串联而成；H桥模块SM为 二电平单相全桥结构，由四个可控开关和一个直流储能电容构成，可控开关由IGBT与反向 二极管并联而成；三个桥臂分别直挂于交流系统。2. 根据权利要求1所述的一种基于模块化级联H桥的有源补偿同相供电系统，其特征 在于：所述牵引变压器为三相一两相变压器YNdll，VV，Scott中的一种。3. 根据权利要求1所述的一种基于模块化级联H桥的有源补偿同相供电系统，其特征 在于：对于120度接线牵引变压器，级联H桥有源补偿装置采用两桥臂" r "型结构，两牵 引侧与有源补偿装置联结形式为：横臂跨接在牵引变压器次边两牵引侧（a和e)之间，纵 臂与牵引变压器次边牵引侧之一并联后由另一牵引侧接于牵引母线。4. 根据权利要求1所述的一种基于模块化级联H桥的有源补偿同相供电系统，其特征 在于：对于90度接线牵引牵引变压器，级联H桥有源补偿装置采用两桥臂"II"型结构，两 牵引侧与有源补偿装置联结形式为：牵引变压器次边两牵引侧（a和0)分别与"II"结构 的左右两纵臂并联，而此时牵引母线接于原"n"结构横臂所在位置，即牵引母线正负极跨 接在牵引变压器次边两牵引侧（a和0)之间。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于模块化级联H桥的有源补偿同相供电系统,牵引变压器原边接于三相电网，次边形成两个牵引侧；级联H桥有源补偿装置由三个级联H桥臂构成“∏”型结构，记“∏”结构上方一桥臂为横臂，另两桥臂为纵臂；牵引变压器次边两牵引侧分别与“∏”结构的左右两纵臂并联后再由两牵引侧之一接于牵引母线，转变两侧供电为单侧供电，即同相供电，可实现负序、无功、谐波的补偿。三个桥臂分别直挂于交流系统，纵臂承受单相交流电压，横臂承受两牵引侧电压差值。对高速和重载交直交牵引负载，功率因为接近于1，可采用三桥臂“∏”的变体两桥臂“”或“II”结构，更有利于简化有源补偿装置结构，降低容量。采用无耦合式交－交变换系统，易于控制。模块化设计使其具有一定的过负载能力。本实用新型结构简单、技术先进、可靠，易于实施。
【IPC分类】H02J3/18, H02G7/16, H02J3/01
【公开号】CN204706894
【申请号】CN201520299444
【发明人】黄小红, 李群湛, 解绍锋, 舒泽亮, 杨乃琪, 罗成
【申请人】西南交通大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月11日