本發(fā)明涉及電力電子變壓器，尤其涉及一種基于兩相-單相隔離非隔離混合拓?fù)涞呢炌恳╇娤到y(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前，傳統(tǒng)的異相牽引供電方案主變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低，但單相牽引負(fù)載的不確定性和非線性導(dǎo)致三相電網(wǎng)的諧波、無功和負(fù)序問題，嚴(yán)重?fù)p害三相電網(wǎng)的電能質(zhì)量。接觸弓在過分相時(shí)頻繁動(dòng)作，導(dǎo)致機(jī)車負(fù)載供電不穩(wěn)定以及電分相電弧，嚴(yán)重影響電力牽引系統(tǒng)的安全性。而貫通牽引供電系統(tǒng)可以徹底取消變電所間的過分相，綜合治理三相電網(wǎng)負(fù)序、無功和諧波等問題，提升電網(wǎng)電能質(zhì)量，且其輸出電壓幅值、相位完全可控。為實(shí)現(xiàn)貫通牽引供電，三相-單相、兩相-單相等多種拓?fù)湫问奖惶岢觯饕譃槿悾?/p>

2、①如圖1所示的輸入為工頻變壓器隔離的兩相-單相變換器，兩相電經(jīng)高變比多抽頭變壓器降為低壓兩相電，兩相電均通過n個(gè)整流模塊變換器直流電，經(jīng)后級(jí)逆變模塊變換為單相交流電，然后輸出兩相共2n個(gè)逆變器級(jí)聯(lián)后與單相牽引網(wǎng)連接。

3、②如圖2所示的非隔離兩相-單相變換器，輸入高壓兩相電分別經(jīng)n個(gè)整流模塊變換為直流電，n個(gè)整流器的直流側(cè)直接與后級(jí)n個(gè)逆變相連相連，然后2n個(gè)逆變器級(jí)聯(lián)后輸出單相交流電與單相牽引網(wǎng)連接；

4、③如圖3所示的隔離型三相-單相變換器，由單相電力電子變壓器星型連接構(gòu)成，其輸入與高壓三相電網(wǎng)相連，經(jīng)高頻dc-dc變換器隔離后輸出直流電，每一相后級(jí)n個(gè)逆變器級(jí)聯(lián)后輸出的交流電再并聯(lián)，然后輸出單相交流電與單相牽引網(wǎng)連接。

5、上述三種拓?fù)洌哂幸韵录夹g(shù)特點(diǎn)：

6、①第一種拓?fù)?工頻變壓器隔離的兩相-單相變換器)利用既有的牽引變壓器將三相電轉(zhuǎn)化為兩相電，作為兩相多模塊級(jí)聯(lián)變換器的輸入，兩相變換器輸出側(cè)級(jí)聯(lián)后為牽引負(fù)載供電，該拓?fù)湓谳斎雮?cè)設(shè)置了多抽頭工頻變壓器，降低了多模塊級(jí)聯(lián)變換器的一致性。

7、②第二種拓?fù)?非隔離兩相-單相變換器)取消輸入多抽頭變壓器，相對(duì)第一種拓?fù)錅p少了同相供電系統(tǒng)的體積重量和系統(tǒng)，但該拓?fù)潆娐分袩o電氣隔離，存在某些開關(guān)狀態(tài)導(dǎo)致直流側(cè)電容短路的情況，需要選擇特定的開關(guān)狀態(tài)規(guī)避此短路路徑導(dǎo)致故障情況下容錯(cuò)矢量減少，系統(tǒng)可靠性降低。

8、③第三種拓?fù)?隔離型三相-單相變換器)為每一相均采用全隔離型電力電子變壓器，整個(gè)拓?fù)淅酶哳l隔離dc-dc實(shí)現(xiàn)輸入輸出的電氣隔離，且采用高頻隔離dc-dc變換器使變換器的體積和重量顯著降低，但同樣導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的成本控制和復(fù)雜度增加。

9、通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，上述三種拓?fù)渲胁捎霉ゎl變壓器或中高頻隔離dc-dc進(jìn)行電氣隔離的，系統(tǒng)成本都比較高，而徹底取消隔離變壓器后非隔離電路則會(huì)出現(xiàn)較多的直流側(cè)電容短路的情況，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全工作造成的嚴(yán)重的危害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供了基于兩相-單相隔離非隔離混合拓?fù)涞呢炌恳╇娤到y(tǒng)。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：基于兩相-單相隔離非隔離混合拓?fù)涞呢炌恳╇娤到y(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一單相隔離非隔離混合拓?fù)浜偷诙蜗喔綦x非隔離混合拓?fù)洌谝粏蜗喔綦x非隔離混合拓?fù)涞妮斎雮?cè)與三相-兩相牽引變壓器的一相高壓電網(wǎng)連接，第二單相隔離非隔離混合拓?fù)涞妮斎雮?cè)與三相-兩相牽引變壓器的另一相高壓電網(wǎng)連接，第一單相隔離非隔離混合拓?fù)?、第二單相隔離非隔離混合拓?fù)涞妮敵鰝?cè)級(jí)聯(lián)后與牽引供電網(wǎng)連接；

3、第一單相隔離非隔離混合拓?fù)?、第二單相隔離非隔離混合拓?fù)渚?jí)聯(lián)的隔離單元和非隔離單元，隔離單元設(shè)于首端和/或尾端，非隔離單元設(shè)于中間級(jí)；隔離單元包括一個(gè)或多個(gè)級(jí)聯(lián)的隔離模塊，隔離模塊包括順次級(jí)聯(lián)的第一整流器、隔離型電力電子變壓器、第一逆變器；非隔離單元包括一個(gè)或多個(gè)級(jí)聯(lián)的非隔離模塊，非隔離模塊包括順次級(jí)聯(lián)的第二整流器和第二逆變器。

4、在一示例中，所述第一單相隔離非隔離混合拓?fù)涞恼斎雮?cè)經(jīng)第一電抗器與三相-兩相牽引變壓器的一相高壓電網(wǎng)連接，第二單相隔離非隔離混合拓?fù)涞恼斎雮?cè)經(jīng)第二電抗器與三相-兩相牽引變壓器的另一相高壓電網(wǎng)連接。

5、在一示例中，所述第一單相隔離非隔離混合拓?fù)洹⒌诙蜗喔綦x非隔離混合拓?fù)涞募?jí)聯(lián)后的正輸出側(cè)經(jīng)第三電抗器與牽引電網(wǎng)連接。

6、在一示例中，所述第一整流器與隔離型電力電子變壓器之間設(shè)有第一電容，隔離型電力電子變壓器與第一逆變器之間設(shè)有第二電容。

7、在一示例中，所述第二整流器與第二逆變器之間設(shè)有第三電容。

8、在一示例中，所述第一整流器、第二整流器、第一逆變器、第二逆變器為全橋結(jié)構(gòu)或半橋結(jié)構(gòu)。

9、在一示例中，所述隔離型電力電子變壓器為雙有源電路，包括順次級(jí)聯(lián)的輸入側(cè)整流橋、變壓器以及輸出側(cè)整流橋，對(duì)隔離模塊的功率控制包括：

10、計(jì)算隔離模塊的最小傳輸功率，最小傳輸功率p*的計(jì)算表達(dá)式為：

11、p*＝(r2/(r2+2r1)*p

12、in＝(k/(k+2))*pin)；

13、其中，r1為非隔離模塊負(fù)載的直流側(cè)等效阻值，r2為隔離模塊的等效負(fù)載；k＝r2/r1，為比例因子；pin為系統(tǒng)的當(dāng)前輸入功率；

14、將隔離模塊的最小傳輸功率引入至隔離型電力電子變壓器控制策略中進(jìn)而改變功率傳輸大小。

15、需要進(jìn)一步說明的是，上述各示例對(duì)應(yīng)的技術(shù)特征可以相互組合或替換構(gòu)成新的技術(shù)方案。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果是：

17、1.相較于采用變壓器隔離的系統(tǒng)，本發(fā)明取消了工頻變壓器以及部分高頻隔離變壓器，能夠基于隔離模塊阻斷短路路徑，并有效減小了拓?fù)潴w積，顯著降低了成本，相較于完全非隔離的系統(tǒng)，拓寬了可用矢量平面，提升系統(tǒng)的安全性和可靠性；

18、2.本發(fā)明的拓?fù)渚哂锌赏ㄓ眯?，可針?duì)既有的任意兩相-單相牽引變壓器調(diào)整有功功率與無功功率傳輸特性，從而滿足相應(yīng)牽引變壓器的平衡條件并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，提升網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量。

19、3本發(fā)明拓?fù)渚邆淠芰炕厥展δ?，在四象限中均可以正常運(yùn)行，能量雙向流動(dòng)且實(shí)現(xiàn)能量回收的同時(shí)可避免向網(wǎng)側(cè)注入諧波。

20、4.本發(fā)明拓?fù)渚哂徐`活性，可根據(jù)負(fù)載特性的不同控制整流器、逆變器以及隔離型電力電子變壓器中的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)而調(diào)整輸出電壓幅值、相位以及頻率。

技術(shù)特征：

1.基于兩相-單相隔離非隔離混合拓?fù)涞呢炌恳╇娤到y(tǒng)，其特征在于，包括第一單相隔離非隔離混合拓?fù)浜偷诙蜗喔綦x非隔離混合拓?fù)?，第一單相隔離非隔離混合拓?fù)涞妮斎雮?cè)與三相-兩相牽引變壓器的一相高壓電網(wǎng)連接，第二單相隔離非隔離混合拓?fù)涞妮斎雮?cè)與三相-兩相牽引變壓器的另一相高壓電網(wǎng)連接，第一單相隔離非隔離混合拓?fù)?、第二單相隔離非隔離混合拓?fù)涞妮敵鰝?cè)級(jí)聯(lián)后與牽引供電網(wǎng)連接；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩相-單相隔離非隔離混合拓?fù)涞呢炌恳╇娤到y(tǒng)，其特征在于，所述第一單相隔離非隔離混合拓?fù)涞恼斎雮?cè)經(jīng)第一電抗器與三相-兩相牽引變壓器的一相高壓電網(wǎng)連接，第二單相隔離非隔離混合拓?fù)涞恼斎雮?cè)經(jīng)第二電抗器與三相-兩相牽引變壓器的另一相高壓電網(wǎng)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩相-單相隔離非隔離混合拓?fù)涞呢炌恳╇娤到y(tǒng)，其特征在于，所述第一單相隔離非隔離混合拓?fù)洹⒌诙蜗喔綦x非隔離混合拓?fù)涞募?jí)聯(lián)后的正輸出側(cè)經(jīng)第三電抗器與牽引電網(wǎng)連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩相-單相隔離非隔離混合拓?fù)涞呢炌恳╇娤到y(tǒng)，其特征在于，所述第一整流器與隔離型電力電子變壓器之間設(shè)有第一電容，隔離型電力電子變壓器與第一逆變器之間設(shè)有第二電容。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩相-單相隔離非隔離混合拓?fù)涞呢炌恳╇娤到y(tǒng)，其特征在于，所述第二整流器與第二逆變器之間設(shè)有第三電容。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩相-單相隔離非隔離混合拓?fù)涞呢炌恳╇娤到y(tǒng)，其特征在于，所述第一整流器、第二整流器、第一逆變器、第二逆變器為全橋結(jié)構(gòu)或半橋結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩相-單相隔離非隔離混合拓?fù)涞呢炌恳╇娤到y(tǒng)，其特征在于，所述隔離型電力電子變壓器為雙有源電路，包括順次級(jí)聯(lián)的輸入側(cè)整流橋、變壓器以及輸出側(cè)整流橋，對(duì)隔離模塊的功率控制包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了基于兩相?單相隔離非隔離混合拓?fù)涞呢炌恳╇娤到y(tǒng)，屬于電力電子變壓器技術(shù)領(lǐng)域，包括兩個(gè)單相隔離非隔離混合拓?fù)?，均包括?jí)聯(lián)的隔離單元和非隔離單元，隔離單元包括一個(gè)或多個(gè)級(jí)聯(lián)的隔離模塊，隔離模塊包括順次級(jí)聯(lián)的第一整流器、隔離型電力電子變壓器、第一逆變器；非隔離單元包括一個(gè)或多個(gè)級(jí)聯(lián)的非隔離模塊，非隔離模塊包括順次級(jí)聯(lián)的第二整流器和第二逆變器。相較于采用變壓器隔離的系統(tǒng)，本發(fā)明取消了工頻變壓器及部分高頻隔離變壓器，能夠基于隔離模塊阻斷短路路徑，并有效減小了拓?fù)潴w積，降低了成本，相較于完全非隔離的系統(tǒng)，拓寬了可用矢量平面，系統(tǒng)的安全性和可靠性高。

技術(shù)研發(fā)人員：孟令輝,舒澤亮,鄧健輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川航天烽火伺服控制技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19