[发明专利]一种电气化铁路牵引供电系统

说明书

本发明公开了一种电气化铁路牵引供电系统，属于铁路牵引供电系统技术领域。联接变压器、三相MMC整流器、单相MMC逆变器三者的配合构成中心变电所，该中心变电所通过联接变压器从三相电网上取电，经整流和逆变后再由沿途设置的牵引变电所中相同变比的单相降压变压器输出电力机车等负载要求的单相交流电压；联接变压器原边串接各自的电感后分别接入110kV三相电网，其输出端接三相MMC整流器的交流侧；三相MMC整流器的直流侧DC输出电压为160kV,且接入单相MMC逆变器输入端，单相MMC逆变器的输出为电压等级为80kV的单相交流电网，该单相交流电网与铁路沿线各个牵引变电所中的单相降压变压器一次绕组相连，所述单相降压变压器的二次侧输出电压为27.5kV的单相交流电。

技术领域

本发明属于铁路牵引供电系统技术领域。

背景技术

我国铁路当前的供电系统属于异相供电，现有的牵引供电系统为了降低三相不平衡的影响，平衡变压器采用换相连接，这样导致各供电区段电压不同，所以必须用分相绝缘器分隔。随着高速铁路的发展，电能质量问题、过分相问题以及供电能力问题越来越严峻。为了解决上述牵引供电问题，有学者提出了一种同相供电技术，但是该技术只能解决部分电能质量问题，为了彻底解决电能质量以及过分相等问题，西南交通大学的学者提出了一种由前端降压变压器和三相-单相变换器以及输出端升压变压器构成的贯通式牵引供电系统，但这种结构使得变换器输出端需接大容量的滤波装置和升压变压器，此外存在中间环节电流过大、变换器扩展性不好、输出电压控制精度受限等诸多问题亟待解决。

相对于传统的两电平或三电平而言，多电平变换器输出电压接近于正弦，谐波含量少，电能质量明显提高。近年来随着模块化多电平器变换器(MMC)的提出，其在高压直流电领域的应用得到越来越多的关注，其主要优点包括：(1)结构精简，采用模块化的设计易于扩展，方便提升容量和电压等级；(2)输出电平数多，输出电压波形畸变小，以至谐波较低，对于滤波器的要求降低甚至可以不需要滤波器；(3)每个桥臂由子模块串联，输出电平之间的阶梯波相差不大，du/dt低、开关损耗小；(4)具有公共直流母线，无需直流侧稳压大电容。可以看出，MMC结构符合高压大容量牵引供电系统的要求。

为了解决当前铁路牵引供电系统存在的问题以及鉴于模块化多电平变换器(MMC)的诸多优势，本发明提出一种基于MMC结构的新型牵引供电系统，可彻底取消电分相，实现贯通供电。

发明内容

本发明的目的是提供一种电气化铁路牵引供电系统，它能有效地解决电气化铁路供电中存在的负序、谐波等电能质量问题，提升牵引供电系统供电质量与可靠性,彻底取消电分相，实现贯通供电。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：一种电气化铁路牵引供电系统，牵引变电所及其牵引网，采用联接变压器、三相MMC整流器、单相MMC逆变器三者的配合构成中心变电所，该中心变电所设有三相-单相MMC变换器，并通过联接变压器从三相电网上取电，经整流和逆变后再由沿途设置的牵引变电所中相同变比的单相降压变压器输出电力机车等负载要求的单相交流电压；具体联接方式为：联接变压器原边串接各自的电感L_a、L_b、L_c后分别接入110kV供电网的a、b、c三相电网，其输出端接三相MMC整流器的交流侧；三相MMC整流器的直流侧DC输出电压为160kV,且接入单相MMC逆变器输入端，单相MMC逆变器的输出为电压等级为80kV的单相交流电网，该单相交流电网与铁路沿线各个牵引变电所中的单相降压变压器一次绕组相连，所述单相降压变压器的二次侧输出电压为27.5kV的单相交流电，所述单相交流电连接铁路牵引网为列车供电。

所述三相-单相MMC变换器由三相MMC整流器与单相MMC逆变器构成。

所述三相-单相MMC变换器采用子模块叠加结构：

a.所述子模块均采用半桥结构，每个子模块采用两个耐压为3300V的IGBT管子；