[发明专利]一种新型铁路接触网取电电源净化装置

说明书

本发明公开一种新型铁路接触网取电电源净化装置，其特征在于该装置采用直流环节作为中间环节，实现输入电压与输出电压的解耦;采用一种带有输出电压有效值反馈控制及负载电流前馈控制的多闭环反馈控制方案，使接触网电源净化装置具有自动的限流保护功能，可以提高电源驱动冲击负载的能力；引入负载电流前馈控制，使接触网电源净化装置随负载的变化有实时调节能力。该装置可改善接触网电源供电质量，为各种用电负荷提供优质、可靠的工作电源，并利于解决从接触网取电供电时，电源电能质量与用电负荷所需之间的匹配性问题，其各项技术指标既满足我国电能质量方面的国家标准也符合IEC标准，具备在国内和国际上推广的实力和前景。

技术领域

本发明属于接触网取电领域，尤其涉及一种采用带有输出电压有效值反馈控制及负载电流前馈控制的多闭环反馈控制方案的新型铁路接触网取电电源净化装置。

背景技术

在我国电气化铁路建设的发展进程中，铁路信号等负荷采用接触网电源供电的方案经过如下几个阶段: 接触网电源通过 27. 5 /0. 23 kV 变压器降压后不经处理直接作为信号的备用电源; 接触网电源经过简单稳压处理后作为供电电源阶段; 接触网电源经过UPS 或交直交装置净化后作为供电源阶段。

我国铁路电力供电对可靠性和安全性的要求一般高于其他国家，接触网取电供电方案较少采用。但在参与国际项目时，接触网取电供电方案较为常见，诸如匈牙利、塞尔维亚、马其顿等东欧国家，甚至是德国、西班牙等西欧国家。因此接触网取电电源在国际市场上前景广阔，高品质的接触网取电电源的研究很有必要。

在德国，接触网电源直接降压后为道岔融雪供电，不再考虑为信号等一级负荷供电。在西班牙，由于投资限制，个别处所采用接触网电源经净化处理后为信号等负荷供电，采用以晶闸管( 或整流二极管) 和 IGBT( 绝缘栅双极晶体管) 为主要元件组成的交直交电源净化设备( 采用智能型双变换不间断工业电源系统) 。

目前国内在使用的接触网电源取电供电涉及了上述所有方式。早期利用接触网电源作为信号等负荷的备用电源装置，由于没有进行净化处理，运行中经常发生烧坏负荷的事故。国内有采用交直交净化的类似装置，但均无相关成套技术标准或经过有关部门的检测。某些处所采用大容量 UPS 作为净化电源装置，但UPS作为一款通用设备，并未针对接触网电源电能质量特性和铁路处所负载特性进行设计。鉴于以上情况，必须研制一种适用于接触网取电的、性能满足信号设备等负荷的电源净化设备。

发明内容

本发明就是针对上述问题，设计了一种新型铁路接触网取电电源净化装置，该装置采用直流环节作为中间环节，实现输入电压与输出电压的解耦; 采用一种带有输出电压有效值反馈控制及负载电流前馈控制的多闭环反馈控制方案，使接触网电源净化装置具有自动的限流保护功能，可以提高电源驱动冲击负载的能力; 负载电流前馈控制的引入，可使接触网电源净化装置对负载的变化有及时的调节能力，同时使动态响应特性大大提高。本发明采用的技术方案是，一种新型铁路接触网取电电源净化装置，包括输入滤波器、输出电压控制器、输出滤波器。所述的输入滤波器，是常规的LC滤波器，主要作用是滤除交流输入电压的高次谐波，其主要特点是高频抑制效果好，系统稳定高。

所述的输出电压控制器，主要作用是在输入电压大范围波动及输入电压波形严重畸变的条件下保持输出电压波形为稳定、平滑的正弦波。在本发明中，控制器采用一种电感电流（即逆变器输出电流）反馈控制加输出电压有效值反馈控制及负载电流前馈控制的多闭环控制器方案，可以对输出电压的波形、频率、幅值进行精确控制，同时保证输出的稳态性能和动态性能。

所述的输出滤波器，作用是滤除输出谐波成分，使得输出电压谐波含量达到要求，将逆变器输出的 PWM 波处理为正弦波。输出滤波器一般设计为 LC电路。