技术领域
[0001] 本
发明属于电
气化铁路电力供电技术领域，具体涉及一种兼顾铁路电力供电和牵引能量回收的净化电源。
背景技术
[0002] 随着电气化铁路在世界范围内的不断增多，其铁路电力所需的电源数量也会越来越多。通常铁路电力电源由公用
电网的10kV进行供电，但是在部分地区常常无法获取足够的铁路电力电源。如新疆、西藏、内蒙、青海、宁夏等地，周围荒芜人烟，缺乏电力保障。另一方面，即使在常规地区，周围有足够的电源可用时，由于人口的稠密、经济的发达，地价寸土寸金，铁路电力电源建设过程中的走廊空间，常常涉及到征地、拆迁、民政、安管等一系列复杂难以解决的问题，甚至投资成为天文数字。而净化电源技术是解决上述问题的理想解决方案，净化电源直接从电气化铁路牵引侧获取能量，利用电力
电子技术将牵引电源转换为铁路电力10kV电源，不但满足了铁路电力设计规范对电源数量的要求，同时大大降低了相关电力建设、投资、运维成本，大大提高了铁路运营的经济性。
[0003] 此外，由于电气化铁路的
机车具有牵引功率大，机车
制动过程中产生了很大的返送功率，导致牵引
电压抬升，降低了牵引侧的
电能质量。由于机车制动产生的返送功率属于单相功率，导致牵引主变高压侧负序
电流增大，也降低了电力系统的可靠性。
发明内容
[0004] 为解决
现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种兼顾铁路电力供电和牵引能量回收的净化电源，实现从牵引侧向铁路电力10kV进行供电的电能变换，净化牵引侧存在的谐波、电压
波动等电能质量问题向10kV的渗透，同时通过牵引能量双向控
制模块和能量释放模块将机车制动过程产生返送功率进行部分或全部吸收，降低返送造成的电压抬升，并在机车牵引时送还
接触网或者释放到铁路电力。
[0005] 本发明所采用的技术方案为：
[0006] 兼顾铁路电力供电和牵引能量回收的净化电源，其特征在于：
[0007] 其主
电路包括铁路电力供电模块M1、牵引能量双向
控制模块M2和能量释放模块M3；
[0008] 铁路电力供电模块M1将牵引电压转换为适合铁路电力供电使用的10kV电压；
[0009] 牵引能量双向控制模块M2回收制
动能量，并将存储的能量同时释放到牵引侧和功率单元；
[0010] 能量释放模块M3将存储的能量释放到铁路电力侧。
[0011] 铁路电力供电模块M1由多重化整流
变压器T1的高压线圈W5、低压侧多级线圈W1、AC-DC-AC型功率单元U、LC滤波单元F1、输入分裂型变压器T2的供电用分裂线圈W3、输出线圈W6组成；
[0012] 多重化整流变压器T1的多级线圈输出端接入AC-DC-AC型功率单元U，AC-DC-AC型功率单元U的输出端级联成三相星型多电平变换桥，三相星型多电平变换桥的输出端接入LC滤波单元F1，LC滤波单元F1的输出端接入输入分裂型变压器T2的供电用分裂线圈W3。
[0013] 牵引能量双向控制模块M2由多重化整流变压器T1的能量识别绕组W2、大电流充放电单元U1和大容量储能电容SC组成；
[0014] 能量识别绕组W2的输出端接入大电流充放电单元U1，大电流充放电单元U1直流侧接入大容量储能电容SC。
[0015] 能量释放模块M3由三相全控逆变桥U2、逆变
滤波器F2、输入分裂型变压器T2的能量释放用分裂线圈W4构成；
[0016] 三相全控逆变桥U2的直流侧接入大容量储能电容SC，交流侧输出端接入逆变滤波器F2，逆变滤波器F2输出端接入能量释放用分裂线圈W4。
[0017] 多重化整流变压器T1由高压线圈W5、低压侧多级线圈W1和能量识别绕组W2构成；
[0018] 低压侧多级线圈W1的线圈个数与AC-DC-AC型功率单元的个数相同，能量识别绕组W2的个数与牵引能量双向控制模块M2和能量释放模块M3的个数相同。
[0019] 输入分裂型变压器T2由
输入侧的供电用分裂线圈W3、能量释放用分裂线圈W4和输出线圈W6组成，；
[0020] 能量释放用分裂线圈W4的个数与牵引能量双向控制模块M2和能量释放模块M3的个数相同。
[0021] 本发明具有以下优点：
[0022] 本发明大大提高了牵引侧的电能质量，丰富了铁路净化电源的新功能，提高了净化电源在工况应用过程中的适用性。正常情况下本发明向铁路电力供电；在铁路机车制动时，快速吸收制动造成的返送能量。一方面可以将返送能量送入铁路电力进行释放；另一方面，向牵引侧和功率单元释放，实现兼顾铁路电力供电和牵引能量回收的功能。而且该方案结构简单、巧妙，易于实现，实现成本低，利于推广应用和拓展。
附图说明
[0023] 图1是本发明所述兼顾铁路电力供电和牵引能量回收的净化电源
实施例的示意图。
[0024] 图2是本范明所述U型功率单元实施例示意图。
[0025] 图3是本发明所述U1型大电流充放电单元实施例示意图。
[0026] 图4是本发明所述U2型三相全控逆变桥实施例示意图。
具体实施方式
[0027] 下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
[0028] 本发明涉及的一种兼顾铁路电力供电和牵引能量回收的净化电源，其主电路包括铁路电力供电模块M1、牵引能量双向控制模块M2和能量释放模块M3。铁路电力供电模块M1将牵引电压转换为适合铁路电力供电使用的10kV电压；牵引能量双向控制模块M2回收制动能量，并将存储的能量同时释放到牵引侧和功率单元；能量释放模块M3将存储的能量释放到铁路电力侧。
[0029] M1的数量只有1个，但是M1内部的功率单元数量是3的倍数。每相至少是1个，也可以是多个级联。每相1个，U就有3个。每相2个，U就有6个。
[0030] M2的数量没有范围，需要回收的能量越多，M2的数量越多。M3的数量与M2的数量一致。
[0031] M1与M2是通过T1变压器进行磁耦合起来的，所以M2可以向牵引侧和M1侧进行能量释放。
[0032] 三个模块个数均为1时依次
串联，不全为1时，M2与M1磁耦合连接(即接入变压器的不同绕组)，M2与M3数量一致。
[0033] 其中：
[0034] 铁路电力供电模块M1由多重化整流变压器T1的高压线圈W5、低压侧多级线圈W1、AC-DC-AC型功率单元U(编号A1…AN，B1…BN，C1…CN)、LC滤波单元F1、输入分裂型变压器T2的供电用分裂线圈W3、输出线圈W6组成；多重化整流变压器T1的多级线圈输出端接入AC-DC-AC型功率单元U，AC-DC-AC型功率单元U的输出端级联成三相星型多电平变换桥，三相星型多电平变换桥的输出端接入LC滤波单元F1，LC滤波单元F1的输出端接入输入分裂型变压器T2的供电用分裂线圈W3。
[0035] 牵引能量双向控制模块M2由多重化整流变压器T1的能量识别绕组W2、大电流充放电单元U1和大容量储能电容SC组成；能量识别绕组W2的输出端接入大电流充放电单元U1，大电流充放电单元U1直流侧接入大容量储能电容SC。
[0036] 能量释放模块M3由三相全控逆变桥U2、逆变滤波器F2、输入分裂型变压器T2的能量释放用分裂线圈W4构成；三相全控逆变桥U2的直流侧接入大容量储能电容SC，交流侧输出端接入逆变滤波器F2，逆变滤波器F2输出端接入能量释放用分裂线圈W4。
[0037] 多重化整流变压器T1由高压线圈W5、低压侧多级线圈W1和能量识别绕组W2构成；低压侧多级线圈W1的线圈个数与AC-DC-AC型功率单元的个数相同，能量识别绕组W2的个数与牵引能量双向控制模块M2和能量释放模块M3的个数相同，其个数根据所需容量进行匹配。
[0038] 输入分裂型变压器T2由输入侧的供电用分裂线圈W3、能量释放用分裂线圈W4和输出线圈W6组成；能量释放用分裂线圈W4的个数与牵引能量双向控制模块M2和能量释放模块M3的个数相同，其个数根据所需容量配置。
[0039] 功率单元U由单相不可控
整流器、直流平波电容、单相全控H桥组成。
[0040] 铁路电力供电模块的个数为1,内部功率单元U的个数为3的倍数。铁路电力供电所需的容量大时，功率单元U的个数增多，组成电平数更多的变换器，以输出更低的电流。
[0041] U1由单相全控H桥组成。M2所需配置的数量与能量回收的容量相关。当需要回收的能量越大时，M2的数量越多，则功率单元U1越多。
[0042] U2由三相全控H桥组成。M3需要向铁路电力释放的能量越多，则M3配置的个数越多。
[0043] 本发明的净化电源应用到铁路系统，其输入侧接入牵引系统一方面利用铁路电力供电模块将牵引电压转换为适合铁路电力供电使用的10kV电压。牵引能量双向控制模块既可以实现将制动能量回收，又可以实现将存储的能量同时释放到牵引侧和功率单元，完成稳定电压、能量存储与释放。能量释放模块专
门将存储的能量释放到铁路电力侧，提高了整体供电的可靠性。多重化整流变压器与输入分裂型变压器的复用，丰富了整体的功能性，而且该发明方案结构简单、巧妙，易于实现，实现成本低，且易于拓展，有利于普及应用。
[0044] 本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明
说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的
权利要求所涵盖。
