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专利号: 2022100852985
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种柔性牵引变电所,其特征在于,所述柔性牵引变电所包括Vv牵引变压器、Vv多绕组匹配变压器和单相交‑直‑交变流器,所述Vv牵引变压器的原边高压侧与三相电网连接,其副边低压侧通过断路器组与Vv多绕组匹配变压器的原边高压侧相连,所述Vv多绕组匹配变压器的副边低压侧与所述单相交‑直‑交变流器连接;所述断路器组包括断路器Qt1、断路器Qt2、断路器QF1、断路器QF2和断路器QF3;

所述Vv牵引变压器的副边低压侧具有a相连接线、b相连接线和c相连接线;

所述Vv多绕组匹配变压器的原边高压侧包括A相连接线、B相连接线和C相连接线;

所述a相连接线同时连接所述断路器Qt1和所述断路器QF1,以分别通过所述断路器Qt1连接α供电臂,以及通过所述断路器QF1连接所述A相连接线,所述c相连接线同时连接所述断路器Qt2和所述断路器QF3,以分别通过所述断路器Qt2连接β供电臂,以及通过所述断路器QF3连接所述C相连接线;所述b相连接线同时连接钢轨地和所述断路器QF2,以通过所述断路器QF2连接所述B相连接线;所述Vv多绕组匹配变压器的副边低压侧包括多绕组结构,所述单相交‑直‑交变流器包括多组电感组和多组电力电子变换器;

每组所述绕组通过一组电感组连接一组所述电力电子变换器;每组所述电力电子变换器的输出端与牵引网和钢轨连接;每组所述绕组包括a相线、b相线和c相线,所述电力电子变换器包括多个M模块M1、M2、…、Mn和多个T模块T1、T2、…、Tn;

第一组所述电力电子变换器包括M1模块和T1模块,所述M1模块包括正输入端Rα1、负输入端Gα1、正输出端Iα1和负输出端Cα1,所述T1模块包括正输入端Rβ1、负输入端Gβ1、正输出端Iβ1和负输出端Cβ1;

第一组所述电感组包括电感LM1和电感LT1,所述电感LM1的输入端连接绕组1的a相线,其输出端连接所述正输入端Rα1,所述电感LT1的输入端连接绕组1的c相线,其输出端连接所述正输入端Rβ1,绕组1的b相线同时连接所述负输入端Gα1和负输入端Gβ1,所述正输出端Iα1连接电感Lo的输入端并通过断路器QFM1连接所述负输出端Cα1,所述电感Lo的输出端连接所述牵引网,所述正输出端Iβ1连接M2模块的正输出端Rα2,所述负输出端Cβ1和所述负输出端Cα1连接,所述负输出端Cβ1还通过断路器QFT1连接所述正输出端Iβ1;

第二组至第n‑1组所述电力电子变换器中,每组所述电力电子变换器对应一组电感组,每组所述电感组包括电感LMi和电感LTi,每组所述电力电子变换器的Mi模块的正输入端Rαi通过电感LMi连接绕组i的a相线,其负输入端Gαi和当前组别中Ti模块的负输入端Gβi同时连接绕组i的b相线,其正输出端Iαi连接上一组电力电子变换器T(i‑1)模块的正输出端Iβ(i‑1)并通过断路器QFMi连接其负输出端Cαi;每组所述电力电子变换器的T模块的正输入端Rβi通过电感LTi连接绕组i的c相线,其正输出端Iβi连接下一组模块M(i+1)的正输出端Rα(i+1)并通过断路器QFTi连接其自身负输出端Cβi,所述负输出端Cβi还和当前组别中M模块的负输出端Cαi连接;

第n组所述电力电子变换器包括Mn模块和Tn模块,所述Mn模块包括正输入端Rαn、负输入端Gαn、正输出端Iαn和负输出端Cαn,所述Tn模块包括正输入端Rβn、负输入端Gβn、正输出端Iβn和负输出端Cβn;

第n组所述电感组包括电感LMn和电感LTn,所述电感LMn的输入端连接绕组n的a相线,其输出端连接所述正输入端Rαn,所述电感LTn的输入端连接绕组n的c相线,其输出端连接所述正输入端Rβn,绕组n的b相线同时连接所述负输入端Gαn和负输入端Gβn,所述正输出端Iαn连接模块T(n‑1)的正输出端Iβ(n‑1)并通过断路器QFMn连接所述负输出端Cαn,所述正输出端Iβn连接所述钢轨,所述负输出端Cβn和所述负输出端Cαn连接,所述负输出端Cβn还通过断路器QFTn连接所述正输出端Iβn。

2.根据权利要求1所述的柔性牵引变电所,其特征在于,所述电感LM1、LM2、…、LMn构造为相同的电感,所述电感LT1、LT2、…、LTn构造为相同的电感,且所述电感LM1、LM2、…、LMn与电感LT1、LT2、…、LTn构造为相同的电感;

多个所述M模块M1、M2、…、Mn构造为相同的模块,多个所述T模块T1、T2、…、Tn构造为相同的模块且多个所述M模块与多个所述T模块构造为相同的模块;

每个所述M模块和/或T模块包括:依次连接的单相整流电路RKi、支撑电容及滤波电路Kiud和单相逆变电路IKi。

3.根据权利要求2所述的柔性牵引变电所,其特征在于,所述单相整流电路RKi包括IGBT场效应管S11、IGBT场效应管S12、IGBT场效应管S21和IGBT场效应管S22;

所述支撑电容+滤波电路Kiud包括电容C1,电容Cr和电感Lr;

所述单相逆变电路IKi包括IGBT场效应管Sa1、IGBT场效应管Sa2、IGBT场效应管Sb1和IGBT场效应管Sb2;

所述IGBT场效应管S11的发射极和所述IGBT场效应管S12的集电极同时连接以作为所述单相整流电路RKi的第一输入端,所述IGBT场效应管S21的发射极和所述IGBT场效应管S22的集电极同时连接以作为所述单相整流电路RKi的第二输入端,所述IGBT场效应管Sa1的发射极和所述IGBT场效应管Sa2的集电极连接以作为所述单相逆变电路IKi的第一输出端,所述IGBT场效应管Sb1的发射极和所述IGBT场效应管Sb2的集电极连接以作为所述单相逆变电路IKi的第二输出端,所述电容Cr和所述电感Lr串联且所述电感Lr的一端同时与所述IGBT场效应管S12的发射极、所述IGBT场效应管S22的发射极、所述电容C1的一端、所述IGBT场效应管Sa2的发射极和所述IGBT场效应管Sb2的发射极连接,所述电容Cr的一端同时与所述IGBT场效应管S11的集电极、所述IGBT场效应管S21的集电极、所述电容C1的另一端、所述IGBT场效应管Sa1的集电极和所述IGBT场效应管Sb1的集电极连接;

所述单相整流电路RKi的第一输入端和第二输入端中一者作为每个所述M模块和/或每个所述T模块的正输入端,另一者作为每个所述M模块和/或每个所述T模块的负输入端,所述单相逆变电路IKi的第一输出端和第二输出端中一者作为每个所述M模块和/或每个所述T模块的正输出端,另一者作为每个所述M模块和/或每个所述T模块的负输出端。

4.根据权利要求2所述的柔性牵引变电所,其特征在于,所述单相整流电路RKi包括IGBT场效应管S11~S14、IGBT场效应管S21~S24以及二极管D1~D4;

所述支撑电容+滤波电路Kiud包括电容C1、电容C2、电容Cr和电感Lr;

所述单相逆变电路IKi包括IGBT场效应管Sa1~Sa4、IGBT场效应管Sb1~Sb4以及二极管D7~D10;

所述二极管D1的负极同时连接所述IGBT场效应管S11的发射极和所述IGBT场效应管S12的集电极,所述二极管D2的正极同时连接所述IGBT场效应管S14的集电极和所述IGBT场效应管S13的发射极,所述IGBT场效应管S12的发射极和所述IGBT场效应管S13的集电极连接以作为所述单相整流电路RKi的第二输入端,所述二极管D3的负极同时连接所述IGBT场效应管S21的发射极和所述IGBT场效应管S22的集电极,所述二极管D4的正极同时连接所述IGBT场效应管S24的集电极和所述IGBT场效应管S23的发射极,所述IGBT场效应管S22的发射极和所述IGBT场效应管S23的集电极连接以作为所述单相整流电路RKi的第一输入端,所述二极管D7的负极同时连接所述IGBT场效应管Sa1的发射极和所述IGBT场效应管Sa2的集电极,所述二极管D8的正极同时连接所述IGBT场效应管Sa4的集电极和所述IGBT场效应管Sa3的发射极,所述IGBT场效应管Sa2的发射极和所述IGBT场效应管Sa3的集电极连接以作为所述单相逆变电路IKi的第一输出端,所述二极管D9的负极同时连接所述IGBT场效应管Sb1的发射极和所述IGBT场效应管Sb2的集电极,所述二极管D10的正极同时连接所述IGBT场效应管Sb4的集电极和所述IGBT场效应管Sb3的发射极,所述IGBT场效应管Sb2的发射极和所述IGBT场效应管Sb3的集电极连接以作为所述单相逆变电路IKi的第二输出端,所述IGBT场效应管S11的集电极和所述IGBT场效应管S21的集电极连接以作为所述单相整流电路RKi的第一输出端,所述IGBT场效应管S14的发射极和所述IGBT场效应管S24的发射极连接以作为所述单相整流电路RKi的第二输出端,二极管D1的正极、二极管D2的负极、二极管D3的正极和二极管D4的负极共同作为所述单相整流电路RKi的第三输出端,所述IGBT场效应管Sa1的集电极和所述IGBT场效应管Sb1的集电极连接以作为所述单相逆变电路IKi的第一输入端,所述IGBT场效应管Sa4的发射极和所述IGBT场效应管Sb4的发射极连接以作为所述单相逆变电路IKi的第二输入端,二极管D7的正极、二极管D8的负极、二极管D9的正极和二极管D10的负极共同连接以作为所述单相逆变电路IKi的第三输入端,所述电容C1的一端同时连接所述单相整流电路RKi的第三输出端、所述电容C2的一端和所述单相逆变电路IKi的第三输入端,所述电容Cr的一端和电感Lr的一端连接且所述电容Cr的另一端同时连接所述单相整流电路RKi的第一输出端、所述电容C1的另一端和所述单相逆变电路IKi的第一输入端,所述电感Lr的另一端同时连接所述电容C2的另一端、所述单相整流电路RKi的第二输出端和所述单相逆变电路IKi的第二输入端;

所述单相整流电路RKi的第一输入端和第二输入端中一者作为每个所述M模块和/或每个所述T模块的正输入端,另一者作为每个所述M模块和/或每个所述T模块的负输入端,所述单相逆变电路IKi的第一输出端和第二输出端中一者作为每个所述M模块和/或每个所述T模块的正输出端,另一者作为每个所述M模块和/或每个所述T模块的负输出端。

5.一种根据权利要求1‑4中任意一项所述的柔性牵引变电所的控制方法,其特征在于,所述控制方法包括:

获取所述柔性牵引变电所的相关电路信息;

根据所述相关电路信息,建立单相整流电路和/或单相逆变电路的数学模型以及得到所述三相电网侧电流基波的负序分量;

根据所述数学模型,得到单相整流电路和/或单相逆变电路的调制波;

根据所述调制波和所述负序分量,得到控制结果。

6.根据权利要求5所述的柔性牵引变电所的控制方法,其特征在于,所述数学模型包括单相整流电路在d‑q坐标系下的数学模型;

所述数学模型为:

其中,usd为单相整流电路前端输入电压在d轴的分量,usq为单相整流电路前端输入电压在q轴的分量,Lz为单相整流电路输入滤波的电感值且 us为所述单相整流电路前端输入电压,uz为所述单相整流电路桥输入端口电压,is为所述整流电路前端输入电流,isd为单相整流电路前端输入电流在d轴的分量,isq为单相整流电路前端输入电流在q轴的分量,uzd为单相整流电路桥输入端口电压在d轴的分量,uzq为单相整流电路桥输入端口电压在q轴的分量,ω为角速度,t为时间;

所述根据所述数学模型,得到单相整流电路和/或单相逆变电路的调制波包括:

分别对d轴和q轴电流分量进行电流环前馈解耦处理,得到基波电压控制指令,其中,所述基波电压控制指令为:

*

其中,Kzp1、Kzi1分别为单相整流电路电流内环PI控制器的比例系数和积分系数,i sd、*

isq分别为有功、无功电流的参考值,1/s代表时间积分;

对所述基波电压控制指令的有功分量和无功分量进行分离,得到分离结果;

根据所述分离结果以及所述d‑q坐标的相位差,得到所述调制波,其中,所述调制波umzdq为:

umzdq=uzdcos(ωt)+uzqsin(ωt)

其中,ωt为所述d‑q坐标的相位差。

7.根据权利要求5所述的柔性牵引变电所的控制方法,其特征在于,

所述根据所述相关电路信息,得到所述三相电网侧电流基波的负序分量包括:

按照预设分量规则对所述三相电网侧电流进行分量,得到分量结果,其中,所述分量结果包括负序分量;

根据所述分量结果对所述三相电流按照预设条件进行转换,得到转换后的三相电流:

获取所述转换后的三相电流在两相旋转d‑q坐标系下的电流分量;

将所述电流分量进行滤波处理,得到所述负序分量在d轴的直流分量和在q轴的直流分量,其中,所述直流分量为:

其中, 为所述负序分量在d轴的直流分量, 为所述负序分量在q轴的直流分量; 为负序基波电流的有效值, 为A相负序基波电压和电流的夹角;

所述d轴的直流分量和所述q轴的直流分量即为所述负序分量的有功分量和无功分量;

所述控制结果包括:

控制各M模块的输入电流的相位较原输入电流的相位滞后30°且较原输入电压的相位滞后30°;

控制各T模块的输入电流的相位较原输入电流的相位超前30°且较原输入电压的相位超前30°。