專利名稱：電氣化鐵路交直交站用電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于供電設(shè)備領(lǐng)域，具體是一種電氣化鐵路交直交站用電源系統(tǒng)。
我國目前電氣化鐵路沿線車站和信號供電，一般采用架設(shè)10KV貫通線的方式，由于信號電源的可靠性要求高，要求有雙回電源供電。在半自動閉塞結(jié)路一般由貫通線電源作為主供，而接觸網(wǎng)作為備用，在自動閉塞區(qū)段還增設(shè)10KV自閉線，這樣對每個車站用電點，實際上共有三個供電電源，即接觸網(wǎng)、貫通線、自閉線。從可靠性上講，接觸網(wǎng)屬一級負荷，供電的可靠性高。
以前利用接觸網(wǎng)電源時將27.5KV單相電源直接經(jīng)降壓后劈相，用于站用電和信號電源，但由于電氣化鐵路接觸網(wǎng)電源受負荷影響，造成電壓波動大、諧波含量高，電源質(zhì)量差，劈相機式的電源無法提供滿足信號和通信裝置要求的高質(zhì)量電源，勉強使用時對用電設(shè)備的安全和可靠性產(chǎn)生嚴重影響，因此，一般均作為備用電源。
隨著大功率電力半導體器件的發(fā)展，大功率現(xiàn)代電力電子器件應用愈加廣泛，其運行的可靠性也愈來愈高，因此利用全控型電力電子器件直接將電氣化鐵道的27.5KV單相電源變換成單相或三相質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)交流電源成為可能。
本發(fā)明的目的在于提供一種電氣化鐵路交直交站用電源系統(tǒng)，可直接使用高可靠性的電氣化鐵路牽引電源，作為信號設(shè)備的主供或備供電源，提高供電可靠性，減少自閉線投資，節(jié)約運營成本。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
本發(fā)明的電氣化鐵路交直交站用電源系統(tǒng)由變壓器、電源濾波器、采用PWM(脈寬調(diào)制技術(shù))技術(shù)的IGBT(絕緣柵雙極晶體管)寬調(diào)壓和穩(wěn)壓裝置、采用SPWM(正弦波脈寬調(diào)制技術(shù))技術(shù)的IGBT三相和單相逆變裝置依次連接而成。
上述方案中，電氣化鐵路交直交站用電源系統(tǒng)的監(jiān)測、控制及報警采用以PLC(可編程控制器)為主體的控制器。
上述方案中，單相27.5kV電源經(jīng)過單相三繞組變壓器隔離、降壓，得到兩組獨立的單相低壓交流電源；各自接入電源濾波器，再分別連接到兩個寬調(diào)壓和穩(wěn)壓裝置PWM1和PWM2；PWM1和PWM2分別連接到三相或單相逆變裝置SPWM1和SPWM2，其中，SPWM1含有四個電源變換器M1、M2、M3、M4，得到三相電源，SPWM2含有一個電源變換器M5，得到單相電源；在三相和單相逆變裝置中有微處理器以形成三相和單相逆變裝置的觸發(fā)和控制信號。
上述方案中，在三相逆變裝置SPWM1后面接入三相星形接法的高頻變壓器可實現(xiàn)三相四線制正弦波交流電供電制式。
上述方案中，可以采用Thyristor(SCR)(晶閘管)、GTR(電力晶體管)、GTO(門極關(guān)斷晶閘管)、MOSFET(電力MOS場效應晶體管)、SITH(靜電感應晶閘管)或MCT(MOS控制晶閘管)全控器件并應用PWM和SPWM相關(guān)控制技術(shù)(包括Thyristor的相控技術(shù))來代替IGBT寬調(diào)壓和穩(wěn)壓裝置及IGBT三相和單相逆變裝置。
本發(fā)明的工作原理如下單相27.5kV電源經(jīng)過單相三繞組變壓器隔離、降壓，得到兩組獨立的單相低壓交流電源。經(jīng)過各自的電源濾波器濾掉電網(wǎng)上疊加的干擾信號并限幅在允許范圍之內(nèi)。分別送入第一級寬調(diào)壓和穩(wěn)壓裝置PWM1和PWM2，生成兩路穩(wěn)定的直流電源，使后級SPWM1(三相逆變裝置)和SPWM2(單相逆變裝置)在穩(wěn)定的直流輸入電壓下工作，保證逆變器能長期穩(wěn)定運行。屬第二級的SPWMI和SPWM2生成的單、三相低壓正弦波交流電供用戶使用。
為保證電氣化鐵路交直交三相站用正弦波電源系統(tǒng)運行和安全，系統(tǒng)中采用以PLC為主體的系統(tǒng)控制器對站用電源實施檢測，控制和事故報警等功能。
電氣化鐵路架空敷設(shè)的27.5KV牽引高壓電源屬“一類”負荷單相交流供電系統(tǒng)，具有電壓波動大和諧波分量高的特點，經(jīng)過專用變壓器隔離降壓后可直接向本系統(tǒng)供電。
本發(fā)明的特點如下1.消除諧波各種諧波均可通過電源濾波器和兩級PWM裝置予以消除。
2.高穩(wěn)定性本系統(tǒng)的PWM可適應+30％-30％電壓輸入的波動，供給SPWM一個十分穩(wěn)定的電壓。
3.減小發(fā)熱，提高可靠性SPWM在穩(wěn)定的供給輸入電壓下，設(shè)備最高的發(fā)熱點小于70℃，其發(fā)熱程度大大下降。
4.快速性采取模擬控制及智能化控制相結(jié)合的控制系統(tǒng)，發(fā)揮了模擬控制的快速調(diào)節(jié)特性。
5.能提供多種供電制式，如三相四線或三相或單相的低壓正弦波交流電，滿足車站一切電氣設(shè)備的正常需要。
綜上所述，本發(fā)明采用IGBT模塊組成高頻開關(guān)及相關(guān)技術(shù)，將27.5KV電源經(jīng)降壓、調(diào)壓、整流、濾波、逆變成單相或三相正弦交流電源，其優(yōu)點是直接使用高可靠性的電氣化鐵路電源，作為信號設(shè)備的主供或備供電源，提高供電可靠性，減少自閉線投資，節(jié)約運營成本。在山區(qū)地方電源不發(fā)達地區(qū)，還可作為車站和信號的主供電源，節(jié)約貫通線投資。
下面結(jié)合附圖和實施例進一步詳述本發(fā)明。


圖1是本發(fā)明的電氣原理方框圖。
圖2是本發(fā)明實施例的電氣接線圖。
圖1中，單相27.5kV電源經(jīng)過單相三繞組變壓器隔離、降壓，得到兩組獨立的單相低壓交流電源；各自接入電源濾波器，濾除電網(wǎng)的諧波干擾信號；再分別連接到兩個采用PWM技術(shù)的IGBT寬調(diào)壓和穩(wěn)壓裝置PWM1和PWM2；PWM1和PWM2分別連接到采用SPWM技術(shù)的IGBT三相或單相逆變裝置SPWM1和SPWM2，經(jīng)波形處理后，SPWM1經(jīng)三相星形接法的高頻變壓器輸出穩(wěn)定的三相正弦波交流電源，SPWM2直接輸出穩(wěn)定的單相正弦波交流電源；在三相和單相逆變裝置中有微處理器以形成三相和單相逆變裝置的觸發(fā)和控制信號；系統(tǒng)的監(jiān)測、控制及報警采用以PLC為主體的控制器。
圖2中，GK為高壓隔離開關(guān)，型號為GW27.5-100；RD為高壓熔斷器，型號為RD27.5-100；BL為高壓避雷器，型號為Y5WT27.5；T為整流變壓器，型號為TDH-30/27.5；K1、K2、K5為自動開關(guān)，型號為NSD100-63；K6為自動開關(guān)，型號為NSD100-80；K3、K4為接觸器，型號為LC1-115和LC1-63；K7、K8、K9為自動開關(guān)，型號為NSD100-25；PWM為電子開關(guān)，型號為PWG-C；M5、M1為電源變換器，型號為SPW G-10/S和SPW G-10/D；M2、M3、M4為電源變換器，型號為SPW G-3/D；CG為傳感器單元；PLC為可編程序邏輯控制器，型號為FX2。
權(quán)利要求
1.電氣化鐵路交直交站用電源系統(tǒng)，其特征在于由變壓器、電源濾波器、采用PWM(脈寬調(diào)制技術(shù))技術(shù)的IGBT(絕緣柵雙極晶體管)寬調(diào)壓和穩(wěn)壓裝置、采用SPWM(正弦波脈寬調(diào)制技術(shù))技術(shù)的IGBT三相和單相逆變裝置依次連接而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣化鐵路交直交站用電源系統(tǒng)，其特征在于電氣化鐵路交直交站用電源系統(tǒng)的監(jiān)測、控制及報警采用以PLC(可編程控制器)為主體的控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電氣化鐵路交直交站用電源系統(tǒng)，其特征在于單相27.5kV電源經(jīng)過單相三繞組變壓器隔離、降壓，得到兩組獨立的單相低壓交流電源；各自接入電源濾波器，再分別連接到兩個寬調(diào)壓和穩(wěn)壓裝置PWM1和PWM2；PWM1和PWM2分別連接到三相或單相逆變裝置SPWM1和SPWM2，其中，SPWM1含有四個電源變換器M1、M2、M3、M4，得到三相電源，SPWM2含有一個電源變換器M5，得到單相電源；在三相和單相逆變裝置中有微處理器以形成三相和單相逆變裝置的觸發(fā)和控制信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電氣化鐵路交直交站用電源系統(tǒng)，其特征在于在三相逆變裝置SPWM1后面接入三相星形接法的高頻變壓器可實現(xiàn)三相四線制正弦波交流電供電制式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電氣化鐵路交直交站用電源系統(tǒng)，其特征在于采用Thyristor(SCR)(晶閘管)、GTR(電力晶體管)、GTO(門極關(guān)斷晶閘管)、MOSFET(電力MOS場效應晶體管)、SITH(靜電感應晶閘管)或MCT(MOS控制晶閘管)全控器件并應用PWM和SPWM相關(guān)控制技術(shù)(包括Thyristor的相控技術(shù))來代替IGBT寬調(diào)壓和穩(wěn)壓裝置及IGBT三相和單相逆變裝置。
全文摘要
本發(fā)明是一種電氣化鐵路交直交站用電源系統(tǒng)，由變壓器、電源濾波器、采用PWM(脈寬調(diào)制技術(shù))技術(shù)的IGBT(絕緣柵雙極晶體管)寬調(diào)壓和穩(wěn)壓裝置、采用SPWM(正弦波脈寬調(diào)制技術(shù))技術(shù)的IGBT三相和單相逆變裝置依次連接而成。本發(fā)明可直接使用高可靠性的電氣化鐵路電源，作為信號設(shè)備的主供或備供電源，提高供電可靠性，減少自閉線投資，節(jié)約運營成本。在山區(qū)地方電源不發(fā)達地區(qū)，還可作為車站和信號的主供電源，節(jié)約貫通線投資。
文檔編號H02M5/00GK1424813SQ0112918
公開日2003年6月18日 申請日期2001年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月12日
發(fā)明者劉庚陽, 陳林 申請人:成都鐵成鐵道電氣設(shè)備制造有限公司