一种基于模块化级联h桥的有源补偿同相供电系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于模块化级联H桥的有源补偿同相供电系统，特别涉及交流电 气化铁路和电力电子技术领域。
【背景技术】
[0002] 基于有源补偿技术的电气化铁路同相供电系统是一种较为理想的供电方案，它克 服了无源补偿在高频谐振、动态性及灵活性等方面的不足，有效地解决了电分相问题，实现 了负序、谐波和无功的综合补偿。受电力电子器件单管电压等级和容量的限制，目前有源补 偿装置往往需要借助于中间变压器得以实现。因为电气化铁道牵引网最高电压可达31kV， 而目前牵引变流器的功率开关器件最高电压等级为6. 5kV，并且器件价格随电压等级升高 呈非线性增加。然而，中间变压器的使用是以升高电流换取较低电压的做法，对有源补偿装 置的容量并无裨益。这样反而增加了变压器投资和系统损耗，占地面积和设备散热也随之 而来，给工程实施带来诸多不便，特别是既有线改造场地受限时更为明显。
[0003] 通过将多个模块化H桥进行级联，可适应更高的电压等级和容量要求，再加之 模块化程度高，易于扩展，谐波特性优秀、开关器件损耗小等特点，可适用于电气化铁路 27. 5kV电压等级而取消中间变压器环节，补偿装置的过载能力也能得以改善。
[0004] 本发明提出一种基于模块化级联H桥的有源补偿同相供电系统，实现三相一两相 牵引变电所两牵引臂供电到单牵引臂供电的转换，主要用于交流电气化铁路供电场合，亦 可用于其它无功、谐波补偿场合。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是提供一种基于模块化级联H桥的有源补偿同相供电系统，取消 电分相，实现负序、谐波和无功的综合治理，主要用于交流电气化铁路供电场合，亦可用于 其它无功、谐波补偿场合。
[0006] 本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种基于模块化级联H桥的同相 供电系统，其特征在于，主要由牵引变压器和级联H桥有源补偿装置组成，其中，牵引变压 器原边接于三相电网，次边形成两个牵引侧a和0 ;级联H桥有源补偿装置由三个级联H 桥臂构成"n"型结构，记"n"结构上方一桥臂为横臂，另两桥臂为纵臂；即：横臂跨接在牵 引变压器次边两牵引侧a和0之间，牵引变压器次边两牵引侧a和0分别与"II"结构 的左右两纵臂并联后再由牵引侧之一a(或0)接于牵引母线，转变两侧供电为单侧供电， 即同相供电，以实现负序、无功、谐波的补偿；每个级联H桥臂均由结构相同的H桥模块SM 与电感L串联而成；H桥模块SM为二电平单相全桥结构，由四个可控开关和一个直流储能 电容构成，可控开关由IGBT与反向二极管并联而成；三个桥臂分别直挂于交流系统，纵臂 承受单相交流电压，横臂承受两牵引侧电压差值；桥臂交流电压由SM的直流电容电压UcIi 合得到，并由电感L上的电压加以弥补。
[0007] 本发明的工作原理是：
[0008] 1，当牵引母线接于牵引变压器次边牵引侧a时，a侦U向牵引母线提供（吸收，系 再生制动工况）主要功率，剩余功率由e侧通过"n"型有源补偿装置提供（吸收），总的 负序、无功和谐波标准在国标要求范围内。当牵引母线接于e侧时，情况亦然。当两牵引 侧电压相位角相差120度时，称为120度按线，三个级联H桥臂承受的交流电压相等，SM子 模块数相等。当两牵引侧电压相位角相差90度时，称为90度接线，横臂承受电压为纵臂电 压的^倍，SM子模块数目也为纵臂的斤倍，接有牵引母线的牵引侧仅提供（吸收）有功功 率，剩余的有功和全部无功均通过"n"型有源补偿装置提供（吸收）。各个级联H桥臂结 构上彼此独立，无相互耦合联系。由于无共同直流环节，属交一交型变换能量传递系统。通 过控制各个级联H桥臂可实现负序、无功、谐波的补偿。当需要进行牵引网防融冰时，只需 要牵引母线侧的桥臂产生相应大小的防融冰电流即可。
[0009] 2,对于已采用大功率交直交型电力机车或动车组的高速和重载铁路，其负荷的功 率因数接近于1，可忽略无功功率。在这种情况下，对于120度接线牵引变压器，级联H桥 有源补偿装置可省去一个纵臂，变成两桥臂"r"型结构，两牵引侧与有源补偿装置联结形 式为：横臂跨接在牵引变压器次边两牵引侧a和e之间，纵臂与牵引变压器次边牵引侧之 一a(或0)并联后由另一牵引侧M或a)接于牵引母线；对于90度接线牵引牵引变压 器，级联H桥有源补偿装置省去横臂，变成两桥臂"II"型结构，两牵引侧与有源补偿装置联 结形式为：牵引变压器次边两牵引侧a和0分别与"II"结构的左右两纵臂并联，而此时 牵引母线接于原"n"结构横臂所在位置，即牵引母线正负端钮跨接在牵引变压器次边两牵 引侧a和0之间。
[0010] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0011] 一、本发明采用"n"型模块化级联H桥拓扑实现了同相供电系统负序、无功和谐 波的补偿，较现有的有源补偿同相供电系统省去了中间变压器，并保证了更好的过负载能 力。
[0012] 二、本发明采用的"n"结构具有通用性，可适用于各类三相一两相牵引变电所。 [0013] 三、本发明采用的"n"结构的变体"r"、"ii"结构，在保证补偿性能的前提下，更 利于简化有源补偿装置结构，降低容量。
[0014] 四、本发明采用无耦合式交一交变换系统，结构简单，易于控制。
[0015] 五、本发明具备交流牵引网防融冰功能。
[0016] 六、本发明技术先进、可靠，易于实施。
[0017] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的描述。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明实施例1的结构示意图。
[0019] 图2是本发明实施例2的结构示意图。
[0020] 图3是本发明实施例3的结构示意图。
[0021] 图4是本发明实施例的级联H桥臂的结构示意图。
[0022] 图5是本发明实施例的H桥示意图。
【具体实施方式】
[0023] 实施例I
[0024] 图1示出，本发明的一种【具体实施方式】为：本发明解决其技术问题，所采用的技术 方案为：一种基于模块化级联H桥的同相供电系统，主要由牵引变压器和级联H桥有源补 偿装置组成；其