[实用新型]混合多电平逆变器及高铁永磁牵引系统

说明书

本实用新型公开了一种混合多电平逆变器及高铁永磁牵引系统，逆变器包括至少一个单相桥臂及给单相桥臂提供直流电压的直流输入电路；每个单相桥臂包括级联的高压低频单元和低压高频单元，高压低频单元包括串联耦合的两电平上桥臂和两电平下桥臂；两电平上桥臂和两电平下桥臂中的功率开关器件运行于基频模式；低压高频单元包括依次级联而成的中间连接单元和至少一个T型三电平单元，中间连接单元由两个互补的功率开关器件构成，每个低压高频单元的最后一个T型三电平单元与一个独立的输出相连接；中间连接单元与两电平上桥臂和两电平下桥臂的中点级联；中间连接单元和T型三电平单元的功率开关器件运行于高频开关模式。

技术领域

本实用新型涉及高铁中的牵引系统，具体涉及一种混合多电平逆变器及高铁永磁牵引系统。

背景技术

牵引系统作为高速列车的“心脏”，其性能决定着列车的启动、制动及最高速度。高速列车牵引系统经历了从直流电机到交流异步电机传动的换代，而相较于感应电机驱动，永磁同步电机因其具有损耗低、效率高、功率密度大、启动特性好、加速性能强及噪声低等显著优势，具有逐步取代交流感应电机的技术潜力。

永磁牵引系统主要包含牵引变压器、牵引变流器(整流器、逆变器和中间直流环节)、永磁牵引电机和牵引传动控制系统。其中，牵引逆变器作为直接驱动永磁同步电机运转的装置，是牵引变流系统的核心构成部件，高功率密度、高效率、高性能及高可靠性始终是其技术发展和革新的核心要求。

目前，在国内外牵引传动应用领域，两电平牵引逆变器拓扑依然占据了很大比例，如庞巴迪公司的Regina C2008型，西门子公司的ICE3型，国内的 CRH1A动车组。为了提高牵引系统在低开关频率下的电能输出质量，一些动车组采用三电平逆变器，典型代表为我国技术引进的CRH2型动车组。现有的高铁牵引逆变器电平数较低，存在输出电流谐波含量高，电磁干扰大，功率损耗高，故障容错能力较差等问题。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种混合多电平逆变器及高铁永磁牵引系统解决了现有逆变器开关频率低、体积和重量大、容错能力差的问题。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案为：

第一方面，提供一种混合多电平逆变器，其包括至少一个单相桥臂及给单相桥臂提供直流电压的直流输入电路；每个单相桥臂包括级联的高压低频单元和低压高频单元，高压低频单元包括串联耦合的两电平上桥臂和两电平下桥臂；两电平上桥臂和两电平下桥臂中的功率开关运行于基频模式；

低压高频单元包括依次级联而成的中间连接单元和至少一个T型三电平单元，每个低压高频单元的最后一个T型三电平单元与一个独立的输出相连接；中间连接单元与两电平上桥臂和两电平下桥臂的中点级联；中间连接单元和T 型三电平单元的功率开关运行于高频开关模式。

第二方面，提供一种高铁永磁牵引系统，其包括直流输入单元、四台牵引电机、四台隔离接触器和四台混合多电平逆变器，四台混合多电平逆变器均与直流输入单元级联，每一台混合多电平逆变器分别通过隔离接触器与一台牵引电机连接；牵引电机为永磁同步电机，永磁同步牵引电机的转速与供电频率成正比。

本实用新型的有益效果为：本方案通过高压低频单元和低压高频单元中的两电平上桥臂和两电平下桥臂及T型三电平单元的相互结合，使得逆变器能够输出多个电压电平，当其中部分功率开关损坏了，其可以通过选取最优的冗余开关状态来控制内部功率开关的通断，使逆变器仍然运行于多电平输出模式，确保逆变器具有较高的容错能力。