[发明专利]一种适用于中压直流牵引供电的车载网侧变流器

说明书

本发明公开了一种适用于中压直流牵引供电的车载网侧变流器，包括至少两个直流变换单元，通过将多个直流变换单元的高压侧串联、低压侧并联，实现将直流牵引供电网侧较高电压的直流电转换为较低电压的直流电供牵引逆变器使用，或者将列车再生制动产生的电能通过变换反馈至直流牵引网。直流变换单元可以根据列车的工况，工作于升压模式或降压模式，从而实现电能在中压直流牵引网与列车牵引传动系统之间的双向可控变换。采用本发明，可以实现电能的按需流动、车载变流器与牵引网的隔离，并且不存在均压均流的问题，能够提高列车牵引传动系统的功率密度及能量转化效率、降低损耗并兼容现有的列车牵引逆变器系统。

技术领域

本发明涉及干线电气化铁路牵引供电技术领域，具体涉及一种适用于中压直流牵引供电的车载网侧变流器。

背景技术

单相工频交流牵引供电系统由牵引变电所和牵引供电网构成，牵引变电所将电力系统的三相110kV或220kV供电通过牵引变压器降压成27.5kV，再供给牵引网，如附图1所示。传统的牵引供电系统为使电力系统三相负荷平衡并提高电源的利用率，其接触网多采用分段换相供电，相与相之间设置有不带电的电分相。牵引供电系统的拓扑结构，决定了其必然存在负序、无功以及电分相等问题。

为了解决传统工频单相牵引供电系统存在的无功、负序、谐波等问题，有学者提出了基于平衡变压器的同相供电系统，如附图2所示。该系统利用电能质量调节器(ActivePower Compensator，APC)，对同一个变电所内部的一个供电臂电压幅值和相位进行补偿，使其输出电压和幅值与另一个供电臂输出电压完全一致，从而实现了三相功率的平衡，避免了负序电流的产生、消除了变电所内部的电分相并能进行无功补偿。但是该系统需要提供全功率的APC容量、成本高，而且无法消除两个变电所之间的电分相。

另外，为了彻底消除传统交流牵引供电系统存在的问题，还有学者提出了基于三相交流-直流-单相交流的贯通式高级同相供电方式，如附图3所示。该系统利用电力电子技术，通过电能变换得到相位幅值完全一样的电压，从而形成贯通式同相供电系统。不过，该系统存在系统复杂成本高等缺点，工程应用难度较大。

列车的牵引传动系统是电力机车/动车组的能量来源，其结构如附图4所示。传统的牵引传动系统，需要由车载变压器将单相AC25kV电压降压，然后经过整流和逆变后，供给牵引电机。整个系统存在系统复杂、重量大、效率低的缺点，不符合未来轻量化的发展方向。因此有学者研究了采用电力电子变压器的传动系统，不过仍然无法彻底解决这些问题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种适用于中压直流牵引供电的车载网侧变流器解决了直流牵引供电下中压直流到低压直流的双向变换问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种适用于中压直流牵引供电的车载网侧变流器，包括至少两个直流变换单元，所述直流变换单元的一侧包括第一高压侧和第二高压侧，其另一侧包括第一低压侧和第二低压侧，第一个所述直流变换单元的第一高压侧通过主断路器与中压直流牵引供电网连接，最后一个所述直流变换单元的第二高压侧连接到地，其余每个所述直流变换单元的第二高压侧分别与其后一个直流变换单元的第一高压侧串联，每个所述直流变换单元的第一低压侧连接，并与牵引逆变器的输入端正极并联，每个所述直流变换单元的第二低压侧连接，并与牵引逆变器的输入端负极并联，每个所述直流变换单元包括升降压电路和双向全桥可控变换电路。