本發(fā)明屬于電力電子電能變換和控制領域，涉及一種地面靜變電源，尤其涉及一種安裝于動車運用所內(nèi)，向動車組提供外部工作電源的地面電源裝置。
背景技術：
：動車組列車需要定期進行檢修，在檢修作業(yè)時需要地面電源裝置提供供電支持?，F(xiàn)有不同型號動車組地面供電需要三相50hzac400v或單相50hzac400v兩種制式；如直接從10/0.4kv動力變壓器輸出取得單相50hzac400v電源將造成動力變壓器輸出不平衡及上級高壓開關跳閘。典型的動車組地面用電需求如表1表1典型動車組地面供電用電需求(短編組)動車組型號容量(kw)電流(a)制式crh182125三相crh22×1502×375單相crh3200300三相crh52×3002×425三相10/0.4kv動力變壓器如僅向一列8輛短編組crh2型動車組供電，從低壓系統(tǒng)a、c相取電，則a相電流達750a，b相電流為0a，c相電流為750a；如向一列16輛長編組或兩列8輛短編組crh2型動車組供電，從低壓系統(tǒng)a、c相取電，則a相電流達1500a，b相電流為0a，c相電流為1500a，三相電流不平衡度達100％。如果同時向三相和單相短編組動車組供電，如一列crh1，一列crh2，三相電流不平衡度達84.8％；向一列crh3、一列crh2供電，三相電流不平衡度達71.4％；向一列crh5、一列crh2供電，三相電流不平衡度達46.9％。以上不平衡度都遠超過15％的最大值?，F(xiàn)有的“交-直-交”整流逆變電源，將動力變壓器輸出的三相電源通過串聯(lián)變流器(自換向橋式電路)的方式將三相電源轉換為單相電源，以保證動力變壓器輸出電流平衡。這種方式需要投入巨大成本，同時敷設單相供電線路和三相供電線路來滿足不同型號動車組的地面供電需要，或者在供電線路中安裝切換開關，同一時刻只向一種用電制式動車組供電。隨著高速鐵路客運量的增多，動車組檢修任務也隨之增加，為提高檢修效率，要求動車所地面電源具備同股道同時向不同型號動車組供電的能力。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種動車組地面電源，向動車組提供滿足檢修要求電源的同時，保證動力變壓器輸出的三相電流平衡。進一步，本發(fā)明具有補償動力變壓器輸出側無功、濾除動力變壓器輸出側電流諧波、消除零序分量的功能。一種動車組地面電源，所述動車組地面電源的輸出與動力變壓器的輸出側和負載側分別相連，所述負載側與動車組相連接；所述動車組地面電源沿著電流的流動方向依次設置有：輸入開關、第一電流傳感器模塊、自換相橋式電路模塊和直流電路；所述第一電流傳感器模塊用于檢測動車組地面電源輸出電流isa，isb，isc；所述動車組地面電源輸出電流在動力變壓器輸出側和自換相橋式電路模塊之間雙向流動；所述動車組地面電源的負載側設有第二電流傳感器模塊，用于檢測負載側電流iu，iv，iw；所述動車組地面電源還包括：控制器模塊和驅動保護電路模塊；所述驅動保護電路模塊用于實時驅動及保護自換相橋式電路模塊；所述控制器模塊包括去除正序有功電流模塊和輸出電流調節(jié)模塊；所述去除正序有功電流模塊用于通過式(1)，將負載側電流iu，iv，iw中的正序有功電流去除，得到電流i’u，i’v，i’w：其中，為基波電流相位，i1為基波正序分量；所述輸出電流調節(jié)模塊用于通過式(2)，得到所述調節(jié)動車組地面電源輸出電流的傳遞函數(shù)vma，vmb，vmc:其中，i″u＝-i′u；i″v＝-i′v；i″w＝-i′w；isa，isb，isc為動車組地面電源輸出電流；kp為所述控制器的比例參數(shù)，0.3≤kp≤0.6。進一步地，所述自換相橋式電路模塊是以igbt作為開關元件的三相全橋電路。進一步地，所述動力變壓器為10/0.4kv動力變壓器。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的技術效果為：(1)通過本發(fā)明的使用，取消了專為單相供電制式動車組設置的交-直-交電源裝置，使得各型號動車都可以在10/0.4kv動力變壓器輸出側取電，從而簡化了使用現(xiàn)場配電線路設計；(2)本發(fā)明通過調節(jié)動車組地面電源的輸出側電流，可對動力變壓器的容性和感性無功量進行動態(tài)補償，提高并維持動力變壓器的功率因數(shù)；(3)本發(fā)明通過實時檢測負載側電流，計算各次諧波電流，使動車組地面電源發(fā)出與負載諧波電流反向的諧波電流，可消除負載諧波電流；(4)本發(fā)明通過消除動力變壓器輸出電流中的零序分量，防止配電線路零線電流過大；(5)本發(fā)明實時調節(jié)動車組地面電源的輸出側電流，以抵消動力變壓器輸出電流的基波負序分量，保持動力變壓器輸出電流的平衡。附圖說明圖1為本發(fā)明的電氣原理圖；圖2為本發(fā)明的控制器框圖；圖3為本發(fā)明動車組地面電源輸出側電流控制方法框圖；圖4為調節(jié)負載電流不平衡后變壓器輸出電流、負載電流和動車組地面電源輸出電流波形；圖5為消除電流諧波和無功補償后變壓器輸出電流、負載電流和動車組地面電源輸出電流波形；圖6為調節(jié)負載電流不平衡并進行無功補償后的變壓器輸出電流、負載電流和動車組地面電源輸出電流波形；圖中標號代表：1—動車組地面電源；2—輸入開關；3—第一電流傳感器模塊；4—自換相橋式電路模塊；5—直流電路；6—驅動保護電路模塊；7—控制器模塊；8—第二電流傳感器模塊。具體實施方式下面結合說明書附圖對本發(fā)明實施方式進行進一步詳細說明。實施例1參見圖1，一種動車組地面電源，該動車組地面電源的輸出與動力變壓器的輸出側相連接，同時與負載側連接，所述負載側與動車組相連接；所述動車組地面電源沿著電流的流動方向依次設置有：輸入開關2、第一電流傳感器模塊3、自換相橋式電路模塊4和直流電路5；所述第一電流傳感器模塊3用于檢測動車組地面電源輸出電流isa，isb，isc；所述輸出電流在動力變壓器輸出側和自換相橋式電路模塊(4)之間雙向流動；本實施例中，輸入開關2可以為具有電流通斷控制和過電流切斷作用的電氣元件或電氣元件組合，如空氣斷路器、交流接觸器和熔斷器的組合。參見圖1，自換相橋式電路模塊4，由6只igbt組成，其交流側通過輸入開關2接入交流電網(wǎng)，直流側與直流電路5連接。在驅動保護電路6及控制器7的控制與驅動下，按照確定的時序通斷，以調節(jié)動車組地面電源的輸出電流isa、isb、isc。參見圖1，電容c1與電阻r1并聯(lián)，電容c2與電阻r2并聯(lián)后，再串聯(lián)組成直流電路5，直流電路5與自換相橋式電路模塊4的直流輸出連接。在動車組地面電源工作過程中，直流電路5通過自換相橋式電路4與動力變壓器進行能量交換，同時也能夠起到直流母線電壓支持的作用。所述動車組地面電源的負載側設有第二電流傳感器模塊8，用于檢測負載側電流iu，iv，iw；所述動車組地面電源還包括：控制器模塊7和驅動保護電路模塊6；所述驅動保護電路模塊6實時檢測igbt驅動電壓、通態(tài)壓降、通態(tài)電流、基板溫度并與設定值進行比較，如超出設定值則立即停止自換相橋式電路模塊4的工作，同時發(fā)出故障信號。所述控制器模塊包括去除正序有功電流模塊和輸出電流調節(jié)模塊；所述去除正序有功電流模塊用于通過式(1)，將負載側電流iu，iv，iw中的正序有功電流去除，得到電流：其中，為基波電流相位，i1為基波正序分量；所述輸出電流調節(jié)模塊用于通過式(2)，得到所述調節(jié)輸出側電流的傳遞函數(shù)vma，vmb，vmc:其中，i″u＝-i′u；i″v＝-i′v；i″w＝-i′w；isa，isb，isc為動車組地面電源輸出電流；kp為所述控制器的比例參數(shù)，0.3≤kp≤0.6。本實施例中，i″u是將i′u進行反向，i″v是將i′v進行反向，i″w是將i′w進行反向；參見圖1及圖3，vma、vmb、vmc與三角波信號比較后產(chǎn)生pwm信號控制自換相橋式電路4工作。自換相橋式電路4輸出電流isa、isb、isc與負載側電流iu、iv、iw中所含有的零序分量、負序分量、諧波分量相反，注入電網(wǎng)后即可達到消除負載側不平衡電流、零序電流、諧波電流的目的，并向負載側提供無功電流，以提高動力變壓器輸出側功率因數(shù)。參見圖1，動車組地面電源通過第二電流傳感器模塊8實時檢測負載側電流iu、iv、iw并送往控制器模塊7，控制器模塊7通過所述的控制方法計算負載側電流正序分量、負序分量，根據(jù)負序電流調節(jié)自換相橋式電路的輸出電流isa、isb、isc使得負序電流趨近于0，即可保證動力變壓器輸出側電流ia＝ib＝ic，此時動力變壓器輸出三相電流均衡。使用動車組地面電源連接于動力變壓器輸出側后，無論向何種型號動車組供電，動力變壓器輸出側電流始終是平衡的。通過同樣的檢測和控制路徑，控制器模塊7經(jīng)過驅動保護電路模塊6控制自換相橋式電路4的交流側輸出電流isa、isb、isc，可以補償負載側無功電流。通過同樣的檢測和控制路徑，控制器模塊7計算負載側電流iu、iv、iw的各次諧波分量，經(jīng)過驅動保護電路模塊6控制自換相橋式電路4的交流側輸出電流isa、isb、isc，可以抵消負載側電流中的諧波分量，以消除負載側電流的畸變。通過同樣的檢測和控制路徑，控制器模塊7計算負載側電流的零序分量，經(jīng)過驅動保護電路模塊6控制自換相橋式電路4的交流側輸出電流isa、isb、isc，可以消除負載側電流的零序分量，以消除動力變壓器輸出零線上的電流，防止零線電流過大。參見圖2，控制器由調理電路、保護電路、dsp、fpga、pwm波發(fā)生電路及必要的其他輔助電路組成。區(qū)別于類似控制器使用一片或多片dsp芯片構成控制器硬件環(huán)境的方式(方式一)或一片dsp+模擬電路構成控制器硬件環(huán)境的方式(方式二)，本實施例中控制器使用一片dsp和一片fpga組成控制器硬件環(huán)境(方式三)。dsp計算負載電流正序分量、負序分量、各次諧波含量和零序分量并生成控制指令i’u，i’v，i’w送往fpga，fpga根據(jù)控制算法生成pwm波，通過驅動電路控制自換相橋式電路工作。方式三相比方式一，將參數(shù)計算和控制算法分配到兩個處理器上，縮小了控制延時，可以提高系統(tǒng)響應速度；方式三相比方式二具有受環(huán)境影響小、穩(wěn)定性好、一致性好的優(yōu)點。參見附圖4～6，在使用本發(fā)明中的動車組地面電源向動車組提供地面供電時，可自動適應負載特性工作在不同的狀態(tài)。若動車組為單相供電制式，則動車組地面電源以消除負載負序電流為主，兼有消除零序電流、補償諧波和功率因數(shù)的功能；如動車組為三相供電制式，則動車組地面電源以消除諧波和補償功率因數(shù)為主，兼有消除零序和負序電流的功能。在同時向單相制式和三相制式動車組供電時，可同時完成消除負序電流、零序電流，濾除諧波和補償功率因數(shù)的功能。如圖4所示，以a相為例，動車組地面電源輸出電流isa抵消了部分負載電流iu使變壓器輸出電流ia小于負載電流iu.電流isa來自動力變壓器輸出電流較小的其他兩相，使動力變壓器三相輸出電流達到平衡狀態(tài)。如圖5所示，以a相為例，動車組地面電源輸出電流isa包含了各次諧波分量，濾除了負載電流iu中的諧波電流分量，使變壓器輸出電流ia波形接近于正弦波，同時輸出電流isa與負載電流iu之間存在相位差，補償了負載功率因數(shù)，實現(xiàn)了在濾除負載電流諧波的同時進行無功補償?shù)墓δ?。如圖6所示，以a相為例，動車組地面電源輸出電流isa抵消了部分負載電流iu使變壓器輸出電流ia小于負載電流iu.電流isa來自動力變壓器輸出電流較小的其他兩相，使動力變壓器三相輸出電流達到平衡狀態(tài)。同時動車組地面電源輸出電流isa與負載電流iu之間存在相位差，補償了負載功率因數(shù)，實現(xiàn)了在消除動力變壓器輸出電流不平衡的同時補償負載功率因數(shù)的功能。相比其他具有調節(jié)負載不平衡電流功能的電源裝置，本發(fā)明具有無控制節(jié)拍延遲，控制算法簡單，響應速度快的優(yōu)點。其不平衡電流補償率可達91％以上，高于其他不平衡調節(jié)裝置86％左右的補償率。本發(fā)明所具有的自動適應負載類型的控制方式，無需預先設置優(yōu)先調節(jié)對象，有別于其他具有負載不平衡電流調節(jié)功能的電源裝置，適合于為不同供電制式的動車組提供地面電源。相比交-直-交方式電源，本發(fā)明效率可達97％，遠高于交-直-交裝置90％的效率；可滿足動車運用所對動車組同股道同時供電的要求。當前第1頁12