專利名稱：一種同相供電變流器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變流器供電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種同相供電變流器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前世界上絕大部分電氣化鐵路均采用交流供電系統(tǒng)。為使負(fù)荷平衡、消除負(fù)序分量，通常采用分段輪換相序的供電方式。但是，相序變換必會(huì)導(dǎo)致牽引供電網(wǎng)上存在無電區(qū)，即電分相。電分相的存在，不僅影響機(jī)車速度和重載能力，還可能產(chǎn)生過電壓，甚至導(dǎo)致牽引供電網(wǎng)電弧及燒網(wǎng)事件。同相供電技術(shù)的產(chǎn)生，解決了上述分段輪換相序供電方式中因電分相引起的諸多問題。同相供電系統(tǒng)主要包括主電路系統(tǒng)，以及用于對主電路系統(tǒng)的通訊、有功傳遞、諧波治理等進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)。然而，目前同相供電系統(tǒng)僅僅停留在理論階段，并未普遍投入工程應(yīng)用，其制約因素在于同相供電系統(tǒng)中，變流器的核心——電力電子器件，對外接電壓和電流均比較敏感。外接過高的電壓或過大的電流極易造成電力電子器件的損壞，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)同相供電系統(tǒng)不能正常工作，同相供電系統(tǒng)的可靠性不高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種同相供電變流器系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)同相供電系統(tǒng)可靠性低的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種同相供電變流器系統(tǒng)，包括主電路系統(tǒng)；所述主電路系統(tǒng)包括至少兩個(gè)變流器子單元和兩個(gè)隔離變壓器組；其中，每個(gè)所述隔離變壓器組包括至少一個(gè)原邊與電網(wǎng)連接的隔離變壓器；所述變流器子單元包括背靠背單相變流器，所述背靠背單相變流器的負(fù)載側(cè)輸出端與一個(gè)隔離變壓器組中的隔離變壓器的副邊連接，所述背靠背單相變流器的網(wǎng)側(cè)輸出端與另一個(gè)隔離變壓器組中的隔離變壓器的副邊連接；各個(gè)所述變流器子單元之間無電氣連接。優(yōu)選地，所述變流器子單元的總個(gè)數(shù)N和容量滿足如下條件任意N-I個(gè)變流器子單元的容量之和>所述同相供電變流器系統(tǒng)需要的容量。優(yōu)選地，所述變流器子單元還包括兩個(gè)用于直接分?jǐn)喽搪冯娏鞯臄嗦菲鳎謩e設(shè)置于所述網(wǎng)側(cè)輸出端和負(fù)載側(cè)輸出端。優(yōu)選地，所述變流器子單元還包括兩個(gè)具有明顯分?jǐn)帱c(diǎn)的隔離開關(guān)，分別設(shè)置于所述網(wǎng)側(cè)輸出端和負(fù)載側(cè)輸出端。優(yōu)選地，所述同相供電變流器系統(tǒng)還包括控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)包括底層控制器，用于對所述變流器子單元進(jìn)行一對一控制；上層控制器，用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制中心與所述底層控制器之間的雙向通訊，并對所述底層控制器進(jìn)行集中調(diào)度。
優(yōu)選地，所述上層控制器至少為兩個(gè)，且相互之間無連接；每個(gè)所述上層控制器均配置有獨(dú)立的外部電源，用于為該上層控制器供電。優(yōu)選地，所述底層控制器與所述上層控制器之間，以及所述上層控制器與所述遠(yuǎn)程控制中心之間的通訊，均采用光纖作為通訊介質(zhì)。優(yōu)選地，所述同相供電變流器系統(tǒng)還包括至少一套用于冷卻所述變流器子單元的冷卻系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述同相供電變流器系統(tǒng)還包括開關(guān)或閥門，用于旁路或切除所述冷卻系統(tǒng)。 優(yōu)選地，所述冷卻系統(tǒng)的冷卻方式包括風(fēng)冷和水冷。從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過多個(gè)彼此無電氣連接的變流器子單元， 以及兩個(gè)隔離變壓器組共同組成同相供電變流器系統(tǒng)的主電路；每個(gè)變流器子單元均獨(dú)立工作，在任意一個(gè)變流器子單元因內(nèi)部電力電子器件損壞等原因發(fā)生故障時(shí)，其他變流器子單元仍可正常工作，在缺少該損壞的變流器子單元的情況下，保證整個(gè)同相供電變流器系統(tǒng)的正常供電，從而避免了電力電子器件損壞造成整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，提高了同相供電變流器系統(tǒng)的可靠性。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例提供的同相供電變流器系統(tǒng)的主電路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的同相供電變流器系統(tǒng)的主電路系統(tǒng)的另一結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的同相供電變流器系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種同相供電變流器系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)同相供電系統(tǒng)可靠性低的問題。參照圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的同相供電變流器系統(tǒng)包括主電路系統(tǒng)；該主電路系統(tǒng)包括至少兩個(gè)變流器子單元I和兩個(gè)隔離變壓器組2 ;其中，每個(gè)隔離變壓器組2包括至少一個(gè)原邊與電網(wǎng)連接的隔離變壓器；變流器子單元I包括背靠背單相變流器11，背靠背單相變流器11的負(fù)載側(cè)輸出端 111與一個(gè)隔離變壓器組2中的隔離變壓器的副邊連接，背靠背單相變流器11的網(wǎng)側(cè)輸出端112與另一個(gè)隔離變壓器組中的隔離變壓器的副邊連接；各個(gè)變流器子單元I獨(dú)立運(yùn)行，相互之間無電氣連接。S卩，若主電路系統(tǒng)中包含多個(gè)變流器子單元1，則相應(yīng)的每個(gè)隔離變壓器組2中分
別設(shè)置多個(gè)隔離變壓器TRk和TR2k (k= 1、2、3......)，進(jìn)一步的，每個(gè)隔離變壓器的副邊劃
分為多個(gè)部分；隔離變壓器TRk的副邊的每個(gè)部分與一個(gè)背靠背單相變流器11的負(fù)載側(cè)輸出端連接，其原邊相并聯(lián)接入電網(wǎng)；隔離變壓器TR2k的副邊的每個(gè)部分與一個(gè)背靠背單相變流器11的網(wǎng)側(cè)輸出端連接，其原邊相并聯(lián)接入電網(wǎng)。從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例通過多個(gè)彼此無電氣連接的變流器子單元，以及兩個(gè)隔離變壓器組共同組成同相供電變流器系統(tǒng)的主電路；每個(gè)變流器子單元均獨(dú)立工作，在任意一個(gè)變流器子單元因內(nèi)部電力電子器件損壞等原因發(fā)生故障時(shí)，其他變流器子單元仍可正常工作，在缺少該損壞的變流器子單元的情況下，保證整個(gè)同相供電變流器系統(tǒng)的正常供電，從而避免了電力電子器件損壞造成整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，提高了同相供電變流器系統(tǒng)的可靠性。進(jìn)一步地，上述同相供電變流器系統(tǒng)中，變流器子單元I的總個(gè)數(shù)N和容量滿足如下條件任意N-I個(gè)變流器子單元的總?cè)萘?gt; 同相供電變流器系統(tǒng)需要的容量。設(shè)計(jì)同相供電變流器系統(tǒng)時(shí)，其需要的容量E就已經(jīng)確定，視為已知量；根據(jù)實(shí)際需要，假設(shè)每個(gè)變流器子單元的容量均相同，設(shè)為e，則上述條件等價(jià)于(N_l)*e>E。則可以先確定本系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)變流器子單元N，再通過上述條件確定單個(gè)變流器子單元的容量的可取值范圍e > E/(N-I);也可以先確定單個(gè)變流器子單元的容量e，再通過上述條件確定N的可取值范圍N > E/e+1。上述條件保證了 N-I個(gè)或更少的變流器子單元I的總?cè)萘烤涂梢詽M足整個(gè)同相供電變流器系統(tǒng)需要的容量，從而即使有一個(gè)變流器子單元I出現(xiàn)故障，剩余的變流器子單元I仍能保證同相供電變流器系統(tǒng)的正常運(yùn)行，進(jìn)一步提高了整個(gè)同相供電變流器系統(tǒng)的可維護(hù)性和可靠性。參照圖2，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，上述實(shí)施例中的變流器子單元I還包括兩個(gè)用于直接分?jǐn)喽搪冯娏鞯臄嗦菲?2，分別設(shè)置于背靠背變流器11的負(fù)載側(cè)輸出端111和網(wǎng)側(cè)輸出端112。每個(gè)變流器子單元獨(dú)立設(shè)置斷路器，可實(shí)現(xiàn)當(dāng)變流器子單元I發(fā)生故障時(shí)，通過直接斷開該變流器子單元的斷路器12，使該發(fā)生故障的變流器子單元與整個(gè)系統(tǒng)斷開，而無需斷開該變流器子單元I之外的斷路器或具有相同功能的其他設(shè)備，進(jìn)而在不影響其他變流器子單元的正常工作的前提下，對發(fā)生故障的變流器子單元I進(jìn)行維修，保證了同相供電變流器系統(tǒng)連續(xù)工作，進(jìn)一步提高了同相供電變流器系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，設(shè)置于負(fù)載側(cè)輸出端(或網(wǎng)側(cè)輸出端)的斷路器12還并聯(lián)有由接觸器KM 和電阻R串聯(lián)組成的預(yù)充電支路14，該預(yù)充電回路14用于在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，對變流器子單元中的背靠背變流器進(jìn)行充電，以建立中間直流電壓；系統(tǒng)啟動(dòng)完成后，接觸器KM斷開。另外，變流器子單元I還包括兩個(gè)具有明顯分?jǐn)帱c(diǎn)的隔離開關(guān)13，分別設(shè)置于背靠背變流器11的兩個(gè)輸出端，與斷路器12串聯(lián)。當(dāng)斷路器12斷開后，可人工斷開與其串聯(lián)的隔離開關(guān)13，保證該斷路器12所在的變流器子單元I與外部高壓系統(tǒng)真正斷開，而其他變流器子單元卻仍可正常工作(即在線電氣隔離)，從而實(shí)現(xiàn)在整個(gè)同相供電變流器系統(tǒng)處于正常工作的狀態(tài)下，對出現(xiàn)故障的變流器子單元進(jìn)行搶修，提高了整個(gè)同相供電變流器系統(tǒng)的可維護(hù)性和可靠性。參照圖3，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，上述所有實(shí)施例中的同相供電變流器系統(tǒng)還包括控制系統(tǒng)；該控制系統(tǒng)包括
底層控制器31，用于對變流器子單元I進(jìn)行一對一控制；上層控制器32，用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制中心與底層控制器31之間的雙向通訊，并對底層控制器31進(jìn)行集中調(diào)度。具體的，底層控制器完成變流器子單元的所有控制任務(wù)，具體包括變流器子單元的邏輯控制和通訊、網(wǎng)側(cè)變流器的有功傳遞控制、直流側(cè)電壓穩(wěn)壓控制、負(fù)載側(cè)變流器的有功傳遞、無功補(bǔ)償、諧波治理控制、變流器子單元的保護(hù)等。上層控制器完成整個(gè)同相供電變流器系統(tǒng)的保護(hù)與控制，包括系統(tǒng)與遠(yuǎn)程控制中心的信息交互、系統(tǒng)的啟停及保護(hù)、牽引變壓器原邊負(fù)序消除控制、各個(gè)變流器子單元的有功及無功的潮流分配、諧波治理的電流指令分配等。在上述實(shí)施例中，通過為每個(gè)變流器子單元I單獨(dú)配置底層控制器31，實(shí)現(xiàn)了其中任何一個(gè)底層控制器出現(xiàn)故障，只會(huì)影響對與其對應(yīng)的變流器子單元的相關(guān)控制，而不會(huì)影響對其他變流器子單元的控制，保證了同相供電變流器系統(tǒng)的正常運(yùn)行，進(jìn)一步提高了同相供電變流器系統(tǒng)的可靠性。進(jìn)一步的，上層控制器32可設(shè)計(jì)為完全相同的兩個(gè)或者更多個(gè)，各個(gè)上層控制器 32之間無連接，可同時(shí)地、獨(dú)立地對所有的底層控制器31進(jìn)行集中控制，并與遠(yuǎn)程控制中心34進(jìn)行單獨(dú)通信。每個(gè)上層控制器32均配置有一個(gè)為其供電的外部電源33，各個(gè)外部電源33相互獨(dú)立，互不干擾。任何一個(gè)上層控制器32 (或外部電源33)出現(xiàn)故障，仍可由其他的上層控制器32(或外部電源33)完成對變流器系統(tǒng)的控制，從而進(jìn)一步提高了整個(gè)同相供電變流器系統(tǒng)的可靠性。另外，底層控制器31與上層控制器32之間，以及上層控制器32與遠(yuǎn)程控制中心 34之間可采用各種不同的通訊方式，但優(yōu)先采用光纖作為通訊介質(zhì)，以確保通訊的抗干擾能力，提升系統(tǒng)的可靠性。進(jìn)一步地，本發(fā)明上述所有實(shí)施例所述的同相供電變流器系統(tǒng)還包括至少一套用于冷卻所述變流器子單元的冷卻系統(tǒng)，各套冷卻系統(tǒng)獨(dú)立工作，分別負(fù)責(zé)冷卻一部分變流器子單元。即，假設(shè)有M套冷卻系統(tǒng)，則可將所有的變流器子單元分為M個(gè)小組，每個(gè)小組中包含的變流器子單元個(gè)數(shù)可以相同，也可以不同；每套冷卻系統(tǒng)單獨(dú)冷卻一個(gè)小組中的變流器子單元。M的具體值可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求確定，若實(shí)際應(yīng)用的變流器系統(tǒng)可靠性要求很高，在環(huán)境條件及系統(tǒng)成本允許的條件下，M值可選得大一些，使得每套冷卻系統(tǒng)控制較少的變流器子單元，在其中一套冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以保證盡可能多的變流器子單元不受影響，保證同相供電變流器系統(tǒng)能正常工作，進(jìn)一步提高同相供電變流器系統(tǒng)的可靠性。另外，上述所有實(shí)施例所述的同相供電變流器系統(tǒng)還包括開關(guān)或閥門，用于旁路或切除冷卻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變流器子單元的在線維修。上述冷卻系統(tǒng)的冷卻方式包括風(fēng)冷和水冷等。對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種同相供電變流器系統(tǒng)，其特征在于，包括主電路系統(tǒng)；所述主電路系統(tǒng)包括至少兩個(gè)變流器子單元和兩個(gè)隔離變壓器組；其中，每個(gè)所述隔離變壓器組包括至少一個(gè)原邊與電網(wǎng)連接的隔離變壓器；所述變流器子單元包括背靠背單相變流器，所述背靠背單相變流器的負(fù)載側(cè)輸出端與一個(gè)隔離變壓器組中的隔離變壓器的副邊連接，所述背靠背單相變流器的網(wǎng)側(cè)輸出端與另一個(gè)隔離變壓器組中的隔離變壓器的副邊連接；各個(gè)所述變流器子單元之間無電氣連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的同相供電變流器系統(tǒng)，其特征在于，所述變流器子單元的總個(gè)數(shù)N和容量滿足如下條件任意N-I個(gè)變流器子單元的容量之和>所述同相供電變流器系統(tǒng)需要的容量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的同相供電變流器系統(tǒng)，其特征在于，所述變流器子單元還包括兩個(gè)用于直接分?jǐn)喽搪冯娏鞯臄嗦菲鳎謩e設(shè)置于所述網(wǎng)側(cè)輸出端和負(fù)載側(cè)輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的同相供電變流器系統(tǒng)，其特征在于，所述變流器子單元還包括兩個(gè)具有明顯分?jǐn)帱c(diǎn)的隔離開關(guān)，分別設(shè)置于所述網(wǎng)側(cè)輸出端和負(fù)載側(cè)輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的同相供電變流器系統(tǒng)，其特征在于，還包括控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)包括底層控制器，用于對所述變流器子單元進(jìn)行一對一控制；上層控制器，用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制中心與所述底層控制器之間的雙向通訊，并對所述底層控制器進(jìn)行集中調(diào)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的同相供電變流器系統(tǒng)，其特征在于，所述上層控制器至少為兩個(gè)，且相互之間無連接；每個(gè)所述上層控制器均配置有獨(dú)立的外部電源，用于為該上層控制器供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的同相供電變流器系統(tǒng)，其特征在于，所述底層控制器與所述上層控制器之間，以及所述上層控制器與所述遠(yuǎn)程控制中心之間的通訊，均采用光纖作為通訊介質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的同相供電變流器系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少一套用于冷卻所述變流器子單元的冷卻系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的同相供電變流器系統(tǒng)，其特征在于，還包括開關(guān)或閥門，用于旁路或切除所述冷卻系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的同相供電變流器系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)的冷卻方式包括風(fēng)冷和水冷。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種同相供電變流器系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)同相供電系統(tǒng)因電力電子器件易損壞造成的系統(tǒng)可靠性低的問題。該同相供電變流器系統(tǒng)包括主電路系統(tǒng)；所述主電路系統(tǒng)包括至少兩個(gè)變流器子單元和兩個(gè)隔離變壓器組；每個(gè)所述隔離變壓器組包括至少一個(gè)原邊與電網(wǎng)連接的隔離變壓器；所述變流器子單元包括背靠背單相變流器，所述背靠背單相變流器的負(fù)載側(cè)輸出端與一個(gè)隔離變壓器組中的隔離變壓器的副邊連接，所述背靠背單相變流器的網(wǎng)側(cè)輸出端與另一個(gè)隔離變壓器組中的隔離變壓器的副邊連接；各個(gè)所述變流器子單元之間無電氣連接。
文檔編號H02M1/32GK102594114SQ20121007621
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者何多昌, 倪大成, 馮江華, 唐威, 尚敬, 張定華, 張志學(xué), 忻力, 章志兵 申請人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司