一種電氣化鐵路雙流制牽引供電系統(tǒng)及供電方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明主要涉及到機車供電系統(tǒng)領域，特指一種適用于電氣化鐵路的雙流制牽引供電系統(tǒng)及供電方法。
【背景技術】
[0002]目前，我國運行的機車既有AC27.5kV牽引供電系統(tǒng)交流供電的電氣化鐵路交流機車和DC1500或DC750V牽引供電系統(tǒng)直流供電的城軌機車。這兩類機車的牽引供電系統(tǒng)是獨立分開的，只能通過與之相匹配的機車。
[0003]隨著城市軌道交通建設的迅猛發(fā)展，電力牽引以其高效、快捷、節(jié)能的特點正在更加廣泛地應用于城市軌道交通領域，不排除將來使用更高直流電壓供電的可能，也可能從單一線路到多條線路，從城內(nèi)到城際，從單一的地下鐵道系統(tǒng)到地下-地面-高架相結合的多元系統(tǒng)，我國電氣化鐵道建設越來越注重聯(lián)網(wǎng)效益，減少土地等的使用，以充分提高國有資源的利用率。
[0004]我國實施電氣化鐵路幾十年，有著十分豐富的電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)設計和運行經(jīng)驗。所以關于為交流供電機車供電的27.5kV工頻單相交流電供電系統(tǒng)技術很成熟。同時隨著我國城市軌道交通如火如荼的發(fā)展和建設，我國的城市軌道牽引直流供電系統(tǒng)技術也很成熟。然而目前，我國軌道交通機車有鐵路電力機車采用27.5kV工頻單相交流電和城市軌道交通機車采用1500V/750V直流電。由于電壓等級和電流制的不同，鐵路電力機車牽引供電系統(tǒng)和城市軌道交通機車牽引供電系統(tǒng)一般采用各自獨立的單制式供電。另外我國主機廠生產(chǎn)的不同電壓等級和電流制的機車也需要不同的試驗供電系統(tǒng)給相應的電壓和電流制的機車線路供電，現(xiàn)在我國直流牽引供電系統(tǒng)直流電壓多采用三相多重化二極管整流獲取，存在電壓不可調(diào)，無法實現(xiàn)能量回饋等缺點。
[0005]綜上所述，如何能夠提出一種可靠、高效、經(jīng)濟的電氣化鐵路雙流制供電系統(tǒng)，用于在電力機車牽引與城軌車輛牽引過渡困難地段，及需要對兩種車輛進行試車的大型車輛廠、機務段試車線，建設交流供電機車與直流供電機車雙制式牽引供電系統(tǒng)，使其既可以對鐵路電力牽引車輛進行供電，也可以對城市軌道交通車輛進行供電，使盡可能的運行高效、經(jīng)濟，使盡可能減少重復建設，避免巨大的資源浪費，很有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術問題就在于:針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，本發(fā)明提供一種結構原理簡單、操作簡便、適用范圍廣、運行高效經(jīng)濟的電氣化鐵路雙流制牽引供電系統(tǒng)及供電方法。
[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案:
一種電氣化鐵路雙流制牽引供電系統(tǒng)，包括:
交流供電組件，用來提供交流供電，經(jīng)由牽引變壓器變換成兩相AC 27.5kV電源，分別提供α臂和β臂電源，在其中一相上設置有第三斷路器和第三隔離開關，在另外一相上設置有第四斷路器和第四隔離開關；
直流供電組件，用來提供直流供電，包括兩個結構相同的直流變換單元，通過將牽引變壓器副變兩相電壓分別經(jīng)過一個直流變換單元得到所需直流電，兩個直流變換單元分別提供α臂和β臂電源；直流變換單元包括第一斷路器、第一隔離開關、第二斷路器、第二隔離開關及單相多重化整流器；通過第一斷路器、第一隔離開關從牽引變壓器副邊一相取電，經(jīng)過單相多重化整流器變換后得到所需直流電，再經(jīng)過第二斷路器、第二隔離開關接入接車供電線路；
所述兩個直流變換單元中一個的第一斷路器、第二斷路器的分合閘與第三斷路器形成互鎖，另外一個直流變換單元中一個的第一斷路器、第二斷路器的分合閘與第四斷路器形成互鎖。
[0008]作為本發(fā)明的進一步改進:所述單相多重化整流器包括單相多繞組變壓器和N個相同拓撲的單相H橋整流器，所述單相多繞組變壓器原邊一個繞組，副變有N個繞組，每個繞組電壓相同，每個繞組后接一個單相H橋整流器，單相H橋整流器輸出通過先級聯(lián)后再并聯(lián)至直流母排上。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進:所述單相H橋整流器包括4個半導體開關器件和雙極隔離開關QS，輸入與所述單相多繞組變壓器副邊對應繞組相連，輸出根據(jù)整流器級聯(lián)和并聯(lián)方式連接。
[0010]本發(fā)明進一步公開了一種基于上述供電系統(tǒng)的供電方法，其流程為:
(1)開始后，先判斷是否需要更換工作模式，如果為否，則保持現(xiàn)有供電模式；如果為是，則執(zhí)行步驟(2);
(2)判斷是否為交流供電；
(3)如果步驟(2)判斷為是，則切除第一直流變換單元和第二直流變換單元，α臂交流供電，β臂交流供電，執(zhí)行牽引網(wǎng)交流供電模式；
(4)如果步驟(2)判斷為否，則分第三斷路器和第四斷路器、投第二直流變換單元與第一直流變換單元中的斷路器，α臂直流供電，β臂直流供電，執(zhí)行牽引網(wǎng)直流供電模式。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
(I)本發(fā)明采用直流系統(tǒng)采用在交流系統(tǒng)牽引變壓器副邊增加設備，設備利用率高，技術成熟，，施工難度低，改造成本低。
[0012](2)本發(fā)明的直流系統(tǒng)整流器為單相多重化整流，輸出級先串后并，結構靈活多變，可以輸出各等級的直流電壓。
[0013]( 3 )本發(fā)明的直流系統(tǒng)整流器為采用單相變壓器和可控半導體器件，其整流器輸出電壓可以連續(xù)調(diào)節(jié)，網(wǎng)側功率因數(shù)高，輸入諧波低，可以實現(xiàn)機車制動能量回饋電網(wǎng)。
[0014](4)本發(fā)明的直流輸出可以方便的實現(xiàn)并聯(lián)冗余，系統(tǒng)供電可靠性高。
[0015](5)本發(fā)明中直流供電系統(tǒng)采用單相多重化整流器實現(xiàn)，可提供多電壓制輸出。所以本發(fā)明不僅可以適用目前國內(nèi)DC1500V和DC750V的直流供電機車的情況，還可以適用國外DC3000V或后續(xù)為進一步提高牽引效率采用更高額直流電壓供電機車的情況，并且可以通過控制可以解決二極管整流輸入側功率因數(shù)低的問題，還能解決直流機車制動時的能量回饋電網(wǎng)的問題，可用于解決主機廠生產(chǎn)的直流供電機車和交流供電機車要重復建設試驗線路的問題，可以解決交流供電機車和直流供電機車在同一電氣化鐵路運行的問題，可以解決多種供電電壓等級的直流供電機車線路相同的問題。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)在具體應用時的結構原理示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明方法的流程示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明在具體實施例中單相多重化整流器的原理示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明在具體實施例中單相H橋整流器的原理示意圖。
[0020]圖例說明:
1、交流供電組件；2、第一直流變換單元；3、單相多重化整流器；4、第一斷路器；5、第一隔離開關；6、第二斷路器；7、第二隔離開關；8、第三斷路器；9、第三隔離開關；10、第四斷路器；11、第四隔離開關；12、第二直流變換單元；13、單相多繞組變壓器。
【具體實施方式】
[0021]以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0022]本發(fā)明的電氣化鐵路雙流制牽引供電系統(tǒng)，包括交流供電組件I和直流供電組件。
[0023]本發(fā)明中交流供電組件I用來提供AC27.5kV交流供電，其與傳統(tǒng)的電氣化鐵路供電系統(tǒng)類似，即它的作用是將外部三相ACllOkV或AC220kV電源經(jīng)由牽引變壓器變換成兩相AC 27.5kV電源，分別提供α臂和β臂電源，但是在供電線路線徑的選擇要兼顧直流機車牽引供電電流的大小。在其中一相上設置有第三斷路器8和第三隔離開關9，在另外一相上設置有第四斷路器10和第四隔離開關11。
[0024]本發(fā)明中直流供電組件用來提供DC3000V或DC1500V或DC750V或其他電壓等級的直流供電，其包括第一直流變換單元2和第二直流變換單元12 ;它是通過將牽引變壓器副變兩相27.5kV分別經(jīng)過第一直流變換單元2、第二直流變換單元12得到所需直流電，并分別提供α臂和β臂電源