有軌電車非接觸式供電系統技術方案

有軌電車非接觸式供電系統，涉及電子技術，本實用新型專利技術包括六個相同的橋臂單元，六個橋臂單元分為三個組，三個組并聯于兩個輸出端之間；每個組包括兩個串聯的橋臂單元，每個組中的串聯連接點作為輸入端，三個組的輸入端分別接三相交流電的三個連接端；每個橋臂單元包括串聯連接的電感L、全橋功率子模塊和N個結構相同的雙極性功率子模塊，N為大于1的自然數。本實用新型專利技術提出的現代有軌電車非接觸式供電構造可直接接于中高壓系統而節省中間變壓器，減少了牽引變電所投資和系統損耗，并改善了占地和散熱等系列問題，適用于箱式牽引變電所。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及電子技術，特別是三相—單相供電技術、變頻、變壓及電力電子

技術介紹
現代有軌電車非接觸式受流技術主要包括儲能式和電磁感應式兩類。電磁式受流是通過高頻電磁耦合實現能量傳遞，原邊線圈敷設于軌道下方，次邊線圈裝設在車輛下方。相比儲能式，感應受流技術可以減少車載儲能單元，進一步輕量化車輛自重。同時，其受電方式也不影響城市線路沿途的人文景觀。是一種較為理想的供電方案。目前，感應線圈的原邊一般通過“交－直－交”變流器環節提供能量，即先經工頻整流，后作高頻逆變。受電力電子器件單管電壓等級和傳遞容量的限制，“交－直－交”環節往往需要借助于大量匹配變壓器和多重化技術得以實現。然而，匹配變壓器的采用對改善“交－直－交”變流器自身容量并無貢獻。這不但增加了變壓器投資和系統損耗，而且帶來設備占地和散熱等問題，給沿線牽引變電所的設置帶來不便，特別是線路安裝場地受限，需要采用箱式變電所時，表現得更為突出。
技術實現思路
本技術所要解決的技術問題是，提供一種現代有軌電車非接觸式供電系統，能夠節省匹配變壓器，減少投資和系統損耗，改善占地和散熱。本專利技術解決所述技術問題采用的技術方案是，有軌電車非接觸式供電系統，其特征在于，包括六個相同的橋臂單元，六個橋臂單元分為三個組，三個組并聯于兩個輸出端之間；每個組包括兩個串聯的橋臂單元，每個組中的串聯連接點作為輸入端，三個組的輸入端分別接三相交流電的三個連接端；每個橋臂單元包括串聯連接的電感、全橋功率子模塊和N個結構相同的雙極性功率子模塊，N為大于1的自然數。所述全橋功率子模塊由四個可控開關和一個直流儲能電容C0構成，其中第一可控開關T1與第二可控開關T2串聯連接于直流儲能電容C0的兩端之間，第三可控開關T3與第四可控開關T4亦串聯連接于直流儲能電容C0的兩端之間，第一可控開關T1與第二可控開關T2的連接點作為全橋功率子模塊的一個連接端，第三可控開關T3與第四可控開關T4的連接點作為全橋功率子模塊的另一個連接端；所述可控開關由IGBT與反向二極管并聯而成。所述雙極性功率子模塊包括第五可控開關T5、第六可控開關T6、第一直流儲能電容C1、第二直流儲能電容C2、快速接觸器K和晶閘管G；第五可控開關T5的輸出端和第六可控開關T6的輸入端連接于第
一參考點a，第五可控開關T5的輸入端和第六可控開關T6的輸出端之間串聯連接有第一直流儲能電容C1和第二直流儲能電容C2，在第一直流儲能電容C1與第二直流儲能電容C2連接于第二參考點b，第一參考點a和第二參考點b之間并列設置有快速接觸器K和晶閘管G。本技術的有益效果是：一、本技術提出的現代有軌電車非接觸式供電構造可直接接于中高壓系統而節省中間變壓器，減少了牽引變電所投資和系統損耗，并改善了占地和散熱等系列問題，適用于箱式牽引變電所。二、本技術提出的“交－交”型供電構造相比“交－直－交”節省了橋臂數目。三、本技術提出的三相－單相“交－交”型供電構造可實現變頻、變壓、變相功能，易于擴展應用于有軌電車車載“交－交”變換系統。四、本技術采用一個FBSM和N個BISM構成的MMC橋臂結構在電平數相同的情況下較傳統全橋MMC橋臂結構節省近一半數量的IGBT。五、本技術技術先進、可靠，易于實施。附圖說明圖1是本技術實施例的結構示意圖。圖2是本技術實施例MMC橋臂的結構示意圖。圖3是本技術實施例FBSM的結構示意圖。圖4是本技術實施例BISM的結構示意圖。具體實施方式參見圖1～4。本技術主要由六個相同的二端鈕MMC橋臂構成，每二個橋臂串聯構成一個相單元，三個相單元的串聯點分別記為X、Y、Z，相單元通過共同點O、P構成并聯結構；X、Y、Z的引出線接三相電力系統，O、P的引出線接感應線圈的原邊，形成牽引側。二端鈕MMC橋臂由一個電感L、一個全橋功率子模塊(簡稱FBSM)和N個結構相同的雙極性功率子模塊(簡稱BISM)串聯而成,N為大于1的自然數。其中，FBSM為二電平單相全橋結構，由四個可控開關和一個直流儲能電容構成，可控開關由IGBT與反向二極管并聯而成；BISM由二個可控開關、二個直流儲能電容和一個旁路開關組成，可控開關由IGBT與反向二極管并聯而成，旁路開關由快速接觸器和晶閘管并聯而成。BISM的構成形式為：兩個可控開關正向串聯后再與兩個正向串聯的直流儲能電容并聯，自兩個可控開關的串聯點引出一個端子，自兩個直流電容的串聯點引出另一個端子，兩個端子構成BISM的外部端口，旁路開關跨接于BISM端口之間。本技術的工作原理是：1.MMC橋臂可對外可輸出連續的0，±1，±2，±3，...，±(N+1)共“2N+3”個有效電平；2.雙極性MMC橋臂構成的變流器可在交流端口生成不同幅值、頻率和初相位的交流信號，實現功率的雙向流動。實施例如圖1，本實施例主要由六個相同的二端鈕MMC橋臂BAij(i＝a,b,c；j＝p,n)構成，每二個橋臂串聯構成一個相單元，三個相單元的串聯點分別記為X、Y、Z，相單元通過共同點O、P構成并聯結構；X、Y、Z的引出線接三相電力系統，O、P的引出線接感應線圈的原邊，形成牽引側。BAij均由一個電感L、一個全橋功率子模塊(簡稱FBSM)和N個結構相同的雙極性功率子模塊(簡稱BISM)串聯而成，如圖2所
示。其中，FBSM為二電平單相全橋結構，如圖3所示，由四個可控開關T1～T4和一個直流儲能電容C0構成，可控開關由IGBT與反向二極管并聯而成；BISM由二個可控開關、二個直流儲能電容和一個旁路開關組成，可控開關由IGBT與反向二極管并聯而成，旁路開關由快速接觸器和晶閘管并聯而成。BISM的構成形式如圖4所示：兩個可控開關T5、T6正向串聯后再與兩個正向串聯的直流儲能電容C1、C2并聯；兩個端子ai、bi形成BISM外部端口，其中，ai引出自于兩個可控開關T5、T6的串聯點，bi引自兩個直流電容C1、C2的串聯點；旁路開關由快速接觸器K和晶閘管G并聯后，跨接于交流端口ai、bi之間。該供電構造適用于三相－單相高電壓大容量功率傳遞，可直接接于中高壓系統而省去中間變壓器；并可實現變頻、變壓、變相功能。本技術的工作原理是：1.MMC橋臂可對外可輸出連續的0，±1，±2，±3，...，±(N+1)共“2N+3”個有效電平；2.雙極性MMC橋臂構成的變流器可在交流端口生成不同幅值、頻率和初相位的交流信號，實現功率的雙向流動。圖2為MMC橋臂的結構示意圖。BAij由一個電感L、一個FBSM和N個結構相同的BISM串聯而成。記MMC橋臂直流儲能電容平均電壓為UC，FBSM交流端口對外可提供“0”、“±UC”三個電平。BISM正常工作情況下，旁路開關始終處于斷開狀態，兩可控開關互補導通，交流端口對外提供“±UC”兩種電平；BISM故障時，旁路開關閉合(此時兩可控開關同時斷開)，對其進行旁路和保護。N個BISM對外提供的電平為：當N為偶數時，0，±2UC，±4UC，±6UC，...，±NUC；當N為奇數時，±UC，±3UC，±5UC，...，±NUC。再配合FBSM的“0”和“±UC”電平，MMC橋臂對外可輸出連續的0，±UC，±2UC，±3UC，...，±(N+1)本文檔來自技高網...

【技術保護點】
有軌電車非接觸式供電系統，其特征在于，包括六個相同的橋臂單元，六個橋臂單元分為三個組，三個組并聯于兩個輸出端之間；每個組包括兩個串聯的橋臂單元，每個組中的串聯連接點作為輸入端，三個組的輸入端分別接三相交流電的三個連接端；每個橋臂單元包括串聯連接的電感L、全橋功率子模塊和N個結構相同的雙極性功率子模塊，N為大于1的自然數。

【技術特征摘要】
1.有軌電車非接觸式供電系統，其特征在于，包括六個相同的橋臂單元，六個橋臂單元分為三個組，三個組并聯于兩個輸出端之間；每個組包括兩個串聯的橋臂單元，每個組中的串聯連接點作為輸入端，三個組的輸入端分別接三相交流電的三個連接端；每個橋臂單元包括串聯連接的電感L、全橋功率子模塊和N個結構相同的雙極性功率子模塊，N為大于1的自然數。2.如權利要求1所述的有軌電車非接觸式供電系統，其特征在于，所述全橋功率子模塊由四個可控開關和一個直流儲能電容(C0)構成，其中第一可控開關(T1)與第二可控開關(T2)串聯連接于直流儲能電容(C0)的兩端之間，第三可控開關(T3)與第四可控開關(T4)亦串聯連接于直流儲能電容(C0)的兩端之間，第一可控開關(T1)與第二可控開關(T2)的連接點作為全橋功率子模塊的一個連接...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃小紅，吳萍，林宗良，羅成，袁勇，高保，李浩，史志瑋，
申請(專利權)人：中鐵二院工程集團有限責任公司，
類型：新型
國別省市：四川;51