[发明专利]一种动态补偿式铁路净化电源装置

说明书

本发明公开了一种动态补偿式铁路净化电源装置，包括顺序连接的多绕组动力变压器、交直交电源、旁路晶闸管、滤波单元、串联变压器，所述串联变压器的原边高压绕组串接在三相10kV回路中，副边连接交直交电源的输出端；本发明装置完美的解决了传统意义上的铁路净化电源存在的问题，在满足铁路方面对电能质量要求的同时还具有容量小、成本低等特点，此外装置还具有在发生负载侧短路故障时可进行故障限流、快速旁路以及配合继保装置进行故障测距、定位等功能。

技术领域

本发明属于铁路牵引高压大容量电力电子变流技术领域，具体涉及一种动态补偿式铁路净化电源装置。

背景技术

铁路三相10kV系统为铁路的通信、信号以及日常工作和生活提供电能，其电能品质和可靠性对铁路运行安全起着非常关键的作用。一方面现有铁路27.5kV变10kV配电网存在着供电电压稳定性差、电压不平衡和电能质量低等固有缺点，给铁路运营埋下巨大的安全隐患。另一方面，从地方上通过专用配电线路给铁路10kV电网送电，铺设的专用线路成本很高，且后期的维护费用不菲，这一缺点在在电网密度较低的地区尤为凸显，甚至相当多的地方是无法铺设专用线路。

在我国西部电网密度不高的区域，经常使用“铁路净化电源装置”给铁路沿线的贯通和自闭线10kV供电。现有的铁路净化电源装置通常拓扑形式为“串联多重化结构”和“高-低-高并联结构”。

串联多重化结构方案如图1所示。串联多重化高压变流器利用低压单相功率单元串联，弥补功率器件IGBT的耐压能力不足。此方案利用前端多绕组整流变压器进行电网隔离，并将单相牵引供电线路27.5kV电源转换为多组单相交流电源；变压器的二次侧输出电压供给功率单元，进行单相整流和单相逆变。变流器每相输出由多个功率单元逆变串联叠加后输出，形成相电压5773V、线电压10kV的三相交流电源。

高-低-高并联结构方案如图2所示，此方案利用整流变压器，将单相牵引供电线路27.5kV电源转换为单相低压交流电压进行单相整流后给直流母线支撑电容充电，逆变单元分为三组，每组含多个功率单元模块。三组逆变单元将直流电压转换为相位依次相差120°的单相交流电压，再经过单相变三相的升压变压器实现10kV的三相交流电源输出。

现有的铁路净化电源装置，虽然能够解决铁路电网中的一些供电难和电能质量问题，但无论是串联多重化型的还是高-低-高并联型的拓扑，都为全功率的电力电子变流装置，容量通常达到MW级，系统非常复杂且成本较高。在铁路系统对安全性和成本要求日益增高的前提下，上述两种拓扑都难以完全满足要求。

发明内容

本发明创造性的提出了一种铁路动态补偿型净化电源方案，可以针对性的解决现有市场上两种净化电源的固有缺点，且能完全满足铁路上的用电需求。

为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种动态补偿式铁路净化电源装置，包括顺序连接的多绕组动力变压器、交直交电源、旁路晶闸管、滤波单元、串联变压器，所述串联变压器的原边高压绕组串接在三相10kV回路中，副边连接交直交电源的输出端；所述的多绕组动力变压器原边为牵引网两路27.5kV电源，副边为给贯通线或自闭线供电的三相10kV绕组和给交直交电源供电的三相低压绕组；所述的交直交电源通过捕获三相10kV绕组输出电压的相位和幅值，生成所需参考电压的标准正弦指令，计算跌落的基波电压，从而得出并向串联变压器提供补偿电压；所述的旁路晶闸管由三组反向并联的总共六个二极管构成；所述的滤波单元设置在串联变压器的低压侧，用于滤除交直交电源输出中的高次谐波，由限流电感、三个电阻和三个电容组成，其中旁路晶闸管、限流电感以及串联变压器的副边绕组耦合成短路限流及快速旁通回路。