一種電力機車無沖擊分區換相系統及方法技術方案

一種電力機車無沖擊分區換相系統，包括牽引接觸網、受電弓、機車變壓器，受電弓從牽引接觸網獲得電力，然后與機車變壓器連接，機車變壓器再與負載側母線連接，在受電側母線上設有受電側斷路器，在負載側母線上設有負載側斷路器，還包括分區感應器、電壓檢測模塊、控制器、整流逆變變頻部分、車載儲電系統，分區感應器和電壓檢測模與控制器連接，控制器與整流逆變變頻部分連接，整流逆變變頻部分還與負載側母線連接，在整流逆變變頻部分與負載側母線之間設有勵磁斷路器。本發明專利技術提供一種電力機車無沖擊分區換相系統及方法，在分區換相時，將機車變壓器電壓轉換至下一個分區電壓，消除頻繁投切機車變壓器的合閘勵磁涌流。

【技術實現步驟摘要】


本專利技術涉及電力設備領域，具體涉及一種電力機車無沖擊分區換相系統及方法。

技術介紹

電力機車通過車載受電弓從牽引接觸網獲取電力，牽引接觸網是有換相分區的分段電網，電力機車從一個分區進入另一個分區時，通常經歷短暫斷電和復電的過程，車載電力變壓器在復電恢復過程中會產生較大的沖擊性勵磁涌流。電力機車的分區換相操作十分頻繁，每百公里進行數次，對牽引電網、機車變壓器以及通訊系統都有不良影響，并可能對電力機車安全穩定運行造成危害。

技術實現思路

本專利技術提供一種電力機車無沖擊分區換相系統及方法，在分區換相時，將機車變壓器電壓轉換至下一個分區電壓，消除頻繁投切機車變壓器的合閘勵磁涌流，并保持機車不間斷供電，消除分區換相對牽引電網系統、機車供電、通訊等產生的不良影響。
一種電力機車無沖擊分區換相系統，包括牽引接觸網、受電弓、機車變壓器，受電弓從牽引接觸網獲得電力，然后與機車變壓器連接，機車變壓器再與負載側母線連接，在受電側母線上設有受電側斷路器，在負載側母線上設有負載側斷路器，還包括分區感應器、電壓檢測模塊、控制器、整流逆變變頻部分、車載儲電系統，分區感應器和電壓檢測模與控制器連接，控制器與整流逆變變頻部分連接，整流逆變變頻部分還與負載側母線連接，在整流逆變變頻部分與負載側母線之間設有勵磁斷路器。
優選的，所述電壓檢測模塊包括TV互感器、運算放大器、采樣及AD轉換器，TV互感器用于檢測受電側母線電壓，然后依次與運算放大器、采樣及AD轉換器連接，再與控制器連接。
優選的，所述控制器包括CPU模塊及PWM驅動電路，CPU模塊還跟斷路器狀態與控制模塊連接；所述整流逆變變頻部分包括整流濾波器及PWM逆變器，整流濾波器與PWM逆變器連接，PWM逆變器與負載側母線連接，所述車載儲電系統包括車載電池組，車載電池組與整流濾波器及PWM逆變器連接。
優選的，所述整流濾波器還與受電側母線連接。
優選的，所述整流濾波器包括4組大功率電力電子器件組成的單相全控整流橋及濾波電容器；PWM逆變器包括4組大功率電力電子器件組成的單相全控逆變橋。
優選的，所述PWM逆變器的輸入端正負極連接整流濾波器輸出端，大功率電力電子器件柵極G1至G8與控制器的PWM驅動電路連接。
優選的，所述大功率電力電子器件為IGBT、IGCT、GTO、MOSFET或SIT等。
一種電力機車無沖擊分區換相系統的換相方法，在電力機車進入牽引接觸網分區換相區時，機車通過軌道設置的分區感應器獲取分區點位置及下一分區電壓相位，在受電弓進入分區點短暫斷電時，控制器利用相位差、列車速度、換相時間等，通過計算得到控制方案，并控制大功率電力電子器件，進入逆變變頻方式，迅速將機車變壓器電壓轉換至下一個分區電壓的幅值和相位，并恢復正常工作頻率，當機車離開分區換相區時，進入下一個接觸網分區，受電弓重新復電，斷路器閉合，機車變壓器恢復從接觸網供電，此時變壓器繞組電壓與接觸網電壓大小、相位完全一致；在車載儲電系統容量足夠時，由車載儲電系統向機車供電，保持機車電力不間斷；在完成電壓分區換相后，控制系統切換至整流模式，給車載儲電系統充電，以備再次進行電壓分區換相。
本專利技術采用大功率電力電子器件，功率大、響應速度快，既能工作于逆變變頻方式，又能工作于整流方式，結構緊湊、體積小、重量輕、低能耗、適應復雜惡劣的電磁環境，適合高速列車等電力機車的應用，對提高牽引電網、高速列車的安全穩定運行十分有利。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明：
圖1為本專利技術的結構示意圖。
具體實施方式
一種電力機車無沖擊分區換相系統，包括牽引接觸網、受電弓、機車變壓器，受電弓從牽引接觸網獲得電力，然后與機車變壓器連接，機車變壓器再與負載側母線連接，在受電側母線上設有受電側斷路器QF1，在負載側母線上設有負載側斷路器QF2，還包括分區感應器、電壓檢測模塊、控制器、整流逆變變頻部分、車載儲電系統，分區感應器和電壓檢測模與控制器連接，控制器與整流逆變變頻部分連接，整流逆變變頻部分還與負載側母線連接，在整流逆變變頻部分與負載側母線之間設有勵磁斷路器QF3。
所述電壓檢測模塊包括TV互感器、運算放大器、采樣及AD轉換器，TV互感器用于檢測受電側母線電壓，然后依次與運算放大器、采樣及AD轉換器連接，再與控制器連接。
所述控制器包括CPU模塊及PWM驅動電路，CPU模塊還跟斷路器狀態與控制模塊連接；所述整流逆變變頻部分包括整流濾波器及PWM逆變器，整流濾波器與PWM逆變器連接，PWM逆變器與負載側母線連接，所述車載儲電系統包括車載電池組，車載電池組與整流濾波器及PWM逆變器連接。斷路器狀態與控制模塊輸入輸出端連接至CPU模塊的輸入輸出接口，用于CPU模塊讀取輸入各斷路器狀態信息和向各斷路器發送分閘、合閘命令；PWM驅動電路輸入端連接至CPU模塊的輸入輸出接口，用于CPU模塊向整流濾波器和PWM逆變器的大功率電力電子器件發出柵極控制命令，控制大功率電力電子器件的導通和截止。車載儲電系統主要包括車載電池組，系統交流電壓經過整流濾波器后轉換為直流電壓，存儲在車載電池組中，在分區換相期間，車載電池組作為直流電源，通過逆變器逆變成交流電壓，使機車變壓器繞組電壓與下一個接觸網分區電壓大小、相位完全一致，避免在分區換相過程中，機車變壓器產生沖擊勵磁涌流；在完成分區換相后，控制系統切換至整流模式，給車載儲電系統繼續充電。
所述整流濾波器還與受電側母線連接。
所述整流濾波器包括4組大功率電力電子器件組成的單相全控整流橋及濾波電容器；PWM逆變器包括4組大功率電力電子器件組成的單相全控逆變橋。
所述PWM逆變器的輸入端正負極連接整流濾波器輸出端，大功率電力電子器件柵極G1至G8與控制器的PWM驅動電路連接。
所述大功率電力電子器件為IGBT、IGCT、GTO、MOSFET或SIT等。
一種電力機車無沖擊分區換相系統的換相方法，在電力機車進入牽引接觸網分區換相區時，機車通過軌道設置的分區感應器獲取分區點位置及下一分區電壓相位，在受電弓進入分區點短暫斷電時，控制器利用相位差、列車速度、換相時間等，通過計算得到控制方案，并控制大功率電力電子器件，進入逆變變頻方式，迅速將機車變壓器電壓轉換至下一個分區電壓的幅值和相位，并恢復正常工作頻率，當機車離開分區換相區時，進入下一個接觸網分區，受電弓重新復電，斷路器閉合，機車變壓器恢復從接觸網供電，此時變壓器繞組電壓與接觸網電壓大小、相位完全一致；在車載儲電系統容量足夠時，由車載儲電系統向機車供電，保持機車電力不間斷；在完成電壓分區換相后，控制系統切換至整流模式，給車載儲電系統充電，以備再次進行電壓分區換相。在此過程中，機車變壓器不產生沖擊性勵磁涌流。牽引接觸網、機車變壓器、通訊系統等不受影響。
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【技術保護點】
一種電力機車無沖擊分區換相系統，包括牽引接觸網、受電弓、機車變壓器，受電弓從牽引接觸網獲得電力，然后與機車變壓器連接，機車變壓器再與負載側母線連接，在受電側母線上設有受電側斷路器，在負載側母線上設有負載側斷路器，其特征在于：還包括分區感應器、電壓檢測模塊、控制器、整流逆變變頻部分、車載儲電系統，分區感應器和電壓檢測模塊與控制器連接，控制器與整流逆變變頻部分連接，整流逆變變頻部分還與負載側母線連接，在整流逆變變頻部分與負載側母線之間設有勵磁斷路器。

【技術特征摘要】
1.一種電力機車無沖擊分區換相系統，包括牽引接觸網、受電弓、機車變壓器，受電弓從牽引接觸網獲得電力，然后與機車變壓器連接，機車變壓器再與負載側母線連接，在受電側母線上設有受電側斷路器，在負載側母線上設有負載側斷路器，其特征在于：還包括分區感應器、電壓檢測模塊、控制器、整流逆變變頻部分、車載儲電系統，分區感應器和電壓檢測模塊與控制器連接，控制器與整流逆變變頻部分連接，整流逆變變頻部分還與負載側母線連接，在整流逆變變頻部分與負載側母線之間設有勵磁斷路器。
2.根據權利要求1所述一種電力機車無沖擊分區換相系統，其特征在于：所述電壓檢測模塊包括TV互感器、運算放大器、采樣及AD轉換器，TV互感器用于檢測受電側母線電壓，然后依次與運算放大器、采樣及AD轉換器連接，再與控制器連接。
3.根據權利要求1所述一種電力機車無沖擊分區換相系統，其特征在于：所述控制器包括CPU模塊及PWM驅動電路，CPU模塊還跟斷路器狀態與控制模塊連接；所述整流逆變變頻部分包括整流濾波器及PWM逆變器，整流濾波器與PWM逆變器連接，PWM逆變器與負載側母線連接，所述車載儲電系統包括車載電池組，車載電池組與整流濾波器及PWM逆變器連接。
4.根據權利要求3所述一種電力機車無沖擊分區換相系統，其特征在于：所述整流濾波器還與受電側母線連接。
5.根據權利要求3所述一種電力機車無沖擊分區換相系統，其特征在于：...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃景光，趙嬌嬌，林湘寧，翁漢琍，申濤，羅亭然，黃志剛，
申請(專利權)人：三峽大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42