一种基于既有牵引供电系统改进的并联型贯通式牵引供电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电气化铁路牵引供电系统，特别是无电分相牵引网设备技术领域。
【背景技术】
[0002]我国现行电气化铁路供电系统及其技术存在电能质量和过分相问题。目前电气化铁路牵引供电系统运行方式主要是三相-两相(异相)供电如图1，相对三相电力系统而言，高速、重载列车牵引功率的增大使负序问题愈发突出，电能质量中的无功和谐波等问题也较为严重。另外，电分相造成的列车速度和牵引力损失问题，严重影响牵引供电系统整体性能。
[0003]通过图2所示同相供电技术基于有源补偿的同相供电技术和基于无源补偿的同相供电技术理论体系较完善，从理论分析、仿真验证上验证了各种结构方式下实现同相供电系统的可行性，对促进牵引供电技术的进步具有重要意义。但仍然未能彻底解决电分相问题；并且基于有源补偿的同相供电技术在系统结构上不够完善；基于无源补偿的同相供电技术在控制上不够灵活，应对具有冲击性特点的牵引负荷面临较大困难等。
[0004]为有效解决上述问题，借助现代电力电子技术和控制理论，实现电气化铁路同相供电和牵引网的互联贯通是一种理想的解决方案。图3是用于理想模式的贯通式同相牵引供电系统的由变换器构建的牵引变电所结构，3个牵弓丨变电所输出电压幅值、频率和相位一致，满足贯通供电的互联条件，因此各牵引变电所的输出可以相互连接，形成贯通式牵引供电系统。各区段牵引网不再需要设置电分相，因此，避免了数量众多的电分相装置的投入，同时避免了过分相造成的列车牵引力的损失。但该系统未考虑系统容量和经济性问题，是牵引供电系统发展的一种理想模式。
【发明内容】
[0005]鉴于现有技术的不足，本发明的目的是提出一种基于既有牵引供电系统改进的并联型贯通式牵引供电系统，可使电能从牵引变压器侧经过系统后为牵引供电系统提供有功和无功功率，实现电气化铁路的贯通供电。
[0006]本发明的目的是通过如下手段实现。
[0007]一种基于既有牵引供电系统改进的并联型贯通式牵引供电系统，在三相电网与牵引网间设置用于替代电分相的电力电子变换装置。在一个牵引变电所内，接入三相电网的牵引变压器Q的输出α座和β分别通过电力电子变换装置D及与之相连的升压变压器S与牵引网连接；所述电力电子变换装置D由并联的一个以上产生交-直-交变换的单相-单相变换器；所述单相-单相变换器主要由单相二极管箝位多电平整流电路、单相二极管箝位多电平逆变电路和输入输出连接电抗器构成。
[0008]在牵引变电所内部，使用多个PWM整流器与逆变器组成的单相-单相变换器并使用瞬时电流均分控制策略并联使牵引变电所输出电压可控并抑制环流，为贯通式牵引供电系统提供实现的基础，在负载所在位置通过达到自动分流，同时，通过无线均流控制避免牵引变电所之间环流过大，保证系统正常运行。
[0009]本发明通过既有牵引变电所内的三相两相牵引变压器将电网三相电变为两座单相电，每座单相电利用单相降压/升压变压器与单相-单相PWM变换器得到幅值、相位和频率可控的单相电，通过逆变器并联技术实现牵引变电所容量的提升和贯通式牵引供电，平衡三相负载电流，解决牵引供电系统负序问题。因此可利用既有牵引变电所设备，实现贯通式牵引供电，扩充牵引变电所容量，增加系统冗余可靠性。
[0010]与现有技术相比，本发明有益效果是:
[0011]1、由于整流器和逆变器均采用可控器件，因此各模块可以四象限模式工作，即本发明提出的贯通式牵引供电系统结构既可以从三相电网吸收并向牵引网提供有功功率，也可以从牵引网吸收并向三相电网回馈有功功率。另外，多电平单相逆变器也可为牵引网提供无功和谐波补偿功能。
[0012]2、本发明使用的并联多电平单相-单相变换器结构可以利用现有牵引变电所系统设备，在既有三相-两相供电的基础上实现贯通供电，较之理想的贯通式同相牵引供电系统可极大的利用现有设备、降低一次性投入成本。
[0013]3、由于多电平二极管箝位逆变器输出电压相位、频率和幅值完全可控，因此可以根据供电臂的电压信息调整逆变器输出的电压相位、频率和幅值，可实现变电所内多逆变器并联以扩大牵引变电所容量，满足现有变电所容量需求，为牵引变电所间实现贯通供电提供可能。
[0014]4、单相-单相变换器并联系统可实现电网输出三相电流平衡与系统冗余备份，在单个单相-单相变换器故障时系统仍可以可靠运行。
【附图说明】
[0015]图1是既有三相-两相(异相)牵引供电系统示意图；
[0016]图2是同相供电系统示意图；
[0017]图3是理想模式的贯通式同相供电系统示意图；
[0018]图4是本发明一种基于既有牵引供电系统改进的并联型贯通式牵引供电系统；
[0019]图5是两电平单相-单相PWM变换器结构简图；
[0020]图6是五电平二极管箝位单相-单相变换器主电路；
[0021]图7是本发明变电所内单座并联单相-单相PWM变换器结构示意图；
[0022]图8是本发明单个牵引变电所结构示意图。
[0023]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0024]图4是本发明一种基于既有牵引供电系统改进的并联型贯通式同相牵引供电系统结构简图，该系统是在既有变电所内两座输出单相电压的基础上增加单相-单相PWM变换器及升/降压变压器等构成。变换器从降压后的单相交流侧吸收有功电流并变换为直流后，再通过单相逆变器输出单相交流电，再经升压变压器为牵引负载提供无功和有功电流。由于单相整