[发明专利]一种混合并联型高压直流牵引供电变流装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压直流牵引供电变流装置及控制方法，特别是关于一种用于为城市轨道交通车辆供电的混合并联型高压直流牵引供电变流装置及其控制方法。

背景技术

目前，我国城市轨道交通牵引供电变流装置仍采用的是二极管整流器，供电电压为750V或1500V。这种供电方式已经沿用了数十年，它的最大优点是装置结构简单、技术也比较成熟，但是这种传统的供电方案也存在以下一些问题：1、由于采用二极管整流器，能量只能单向流动，因此车辆制动产生的能量不能回馈电网，通常采用电阻消耗掉，造成能量的大大浪费。2、直流输出电压不可控，波动范围大，不利于车辆的安全可靠经济运行。3、接触网网压降大，供电站站间距离短，通常不超过3～4公里，造成所需供电站数量较多、建设投资大。

PWM(脉冲宽度调制)整流器具有能量双向流动，功率因数高，直流输出电压可控等优点。将PWM整流器应用到城市轨道交通牵引供电系统中，不仅能够实现列车制动能量的反馈，节约电能，并保持直流电压稳定；同时如果能够提高直流供电提高到1.5kV以上，还能延长供电距离，减少供电站数量，降低接触网损耗，具有很大实际应用价值，但是相对于传统二极管整流器，PWM整流器在价格、可靠性、维护量、过载能力方面都处于劣势。事实上，对于城市轨道交通牵引供电系统，所需牵引容量通常为制动容量的2倍以上，因此从经济性上考虑，基于全PWM整流器的供电方案并不合算。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能提高直流牵引供电电压，延长供电距离、减少供电站数量，降低接触网损耗，在实现列车制动能量的回馈再利用的同时，提高系统可靠性的混合并联型高压直流牵引供电变流装置及其控制方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种混合并联型高压直流牵引供电变流装置，其特征在于：它包括一套PWM整流机组和一套二极管整流机组，所述PWM整流机组的输入端和二极管整流机组的输入端均连接交流电网，所述PWM整流机组的输出端和二极管整流机组的输出端并联后，实现高压直流输出。

所述PWM整流机组包括一个多绕组变压器、若干个PWM整流器单元和若干个控制单元，所述多绕组变压器由一个原边绕组和多个副边绕组构成，所述PWM整流器单元的个数与所述多绕组变压器副边绕组数呈对应设置；所述多绕组变压器原边绕组接所述交流电网，每个副边绕组连接一个所述PWM整流器单元，各所述PWM整流器单元直流输出端顺次串联，并且每个所述PWM整流器单元均连接一个所述控制单元，所述控制单元控制所述PWM整流器单元工作。

每个所述控制单元均由四个数据采集单元、一个电流环控制单元、一个锁相单元、一个电压环控制单元和一个脉冲产生单元构成；第一个所述数据采集单元将采集到的所述PWM整流器单元两相交流电流传输至所述电流环控制单元，第二个所述数据采集单元将采集到的所述多绕组变压器的原边绕组电压经所述锁相单元传输至所述电流环控制单元，第三个、第四个所述数据采集单元分别将采集到的所述PWM整流器单元的直流电压和直流电流传输至所述电压环控制单元；所述电压环控制单元将直流空载电压给定值减去直流电流与下垂斜率的乘积后并进行PI运算，得到的电流值输入所述电流环控制单元内；传输至所述电流环控制单元内的各路电压、电流信号进行坐标变换及PI运算处理后，经所述脉冲产生单元转换成驱动脉动信号后，返回至所述PWM整流器单元实现对其控制。

所述PWM整流器单元包括功率器件和直流支撑电容，所述PWM整流器单元采用两电平或三电平三相电压型PWM整流器主电路。

所述功率器件采用IGBT功率模块，所述直流支撑电容采用金属薄膜电容。

所述二极管整流机组包括一个移相变压器和若干个二极管整流器单元，所述移相变压器由一个原边绕组和多个副边绕组构成，所述二极管整流器单元的个数与所述移相变压器的副边绕组数呈对应设置；所述移相变压器原边绕组接所述交流电网，每个副边绕组连接一个所述二极管整流器单元，各所述二极管整流器单元直流输出端顺次串联。

所述移相变压器的各副边绕组均采用延边三角形连接方式。