PL231207B1 - Podstacja trakcyjna wielosystemowa - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest podstacja trakcyjna wielosystemowa do zasilania sieci trakcyjnej przetwarzająca energię elektryczną prądu przemiennego trójfazowego na energię elektryczną w zależności od potrzeb: prądu stałego o dowolnym napięciu systemowym lub napięciu jednofazowym 50 Hz lub napięciu jednofazowym 16,7 Hz.

Znane są różne podstacje jednosystemowe. Podstacje trakcyjne prądu stałego zawierają zespoły prostownikowe o jednym wymaganym napięciu wyjściowym. Znane są też podstacje trakcyjne prądu przemiennego 50 Hz lub 16,7 Hz zawierające tylko transformatory, zasilane napięciem przemiennym o wymaganej częstotliwości. Znane są też podstacje trakcyjne zawierające cyklokonwertery przetwarzające energię elektryczną trójfazową 50 Hz na energię elektryczną jednofazową o częstotliwości 16,7 Hz. Najbardziej rozbudowane podstacje trakcyjne do zasilania sieci trakcyjnej napięciem 15 kV o częstotliwości 16,7 Hz zawierają zespół prostownikowy, falownik i transformator wyjściowy. Każda z tych podstacji jest jednosystemowa i na jej wyjściu możliwe jest uzyskanie tylko jednego napięcia systemowego. Podstacje te wykorzystują różne obwody zasilania i obwody wewnętrzne. Przy potrzebie wykorzystania różnych napięć systemowych do zasilania sieci trakcyjnej na przykład na torach badawczych lub przejściach kolejowych między systemami, wykonuje się różne podstacje trakcyjne składowe jedno napięciowe zawierające kompletne układy przetwarzania energii elektrycznej, odrębne dla każdego z napięć systemowych sieci trakcyjnych. W efekcie sieci trakcyjne przełączane są do różnych podstacji trakcyjnych składowych jednosystemowych w zależności od wymaganego w danej chwili napięcia. W ten sposób tworzona jest podstacja wielosystemowa złożona z kilku składowych podstacji jednosystemowych. Jedynie wspólna dla tych podstacji trakcyjnych może być zasilająca je trójfazowa linia energetyczna. Dodatkowym problemem jest konieczność stosowania linii zasilającej bardzo dużej mocy dla podstacji prądu przemiennego jednofazowego 50 Hz ze względu na wprowadzaną przez nią asymetrię do obwodów trójfazowych. W efekcie zasilanie wielosystemowe wymaga stosowania różnych podstacji trakcyjnych składowych i instalacji towarzyszących, co wiąże się z wyższymi kosztami inwestycji, a przy tym poszczególne podstacje trakcyjne składowe są wykorzystywane w małym stopniu.

Celem wynalazku jest uzyskanie wielosystemowego zasilania sieci trakcyjnej przy prostszej konstrukcji układu zasilania i niższych kosztach.

Podstacja trakcyjna wielosystemowa, zawierająca co najmniej jeden zespół prostownikowy prądu stałego, jednofazowy falownik i transformator wyjściowy z podstawowym uzwojeniem wtórnym dołączonym do sieci trakcyjnej, przy czym jednofazowy falownik ma górne zasilanie dołączone poprzez łącznik do jednego bieguna zespołu prostownikowego, wyjście falownika jest połączone z uzwojeniem pierwotnym transformatora wyjściowego, a dolne zasilanie jest dołączone do drugiego bieguna zespołu prostownikowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że dolne zasilanie jednofazowego falownika jest połączone z drugim biegunem zespołu prostownikowego poprzez pierwszy dodatkowy łącznik, a jednocześnie dolne zasilanie jednofazowego falownika jest połączone poprzez drugi dodatkowy łącznik z siecią trakcyjną, przy czym transformator wyjściowy posiada dodatkowe uzwojenie wtórne do którego jest podłączony zespół filtrów.

Korzystnym jest, jeżeli podstawowe uzwojenie wtórne transformatora posiada odczep, do którego poprzez piąty łącznik jest podłączona sieć trakcyjna.

Korzystnym jest także, jeżeli wyjście jednofazowego falownika posiada drugi łącznik zwierający wyjście dodatkowego jednofazowego falownika.

W korzystnym wykonaniu podstacja posiada co najmniej jeden dodatkowy jednofazowy falownik, którego górne zasilanie dołączane jest do jednego bieguna zespołu prostownikowego przez pierwszy łącznik, a dolne zasilanie jest dołączone do górnego zasilania jednofazowego falownika oraz przyłączone przez trzeci dodatkowy łącznik do sieci trakcyjnej, przy czym wyjście dodatkowego jednofazowego falownika jest połączone z dodatkowym uzwojeniem pierwotnym transformatora wyjściowego i posiada czwarty łącznik zwierający wyjście dodatkowego jednofazowego falownika.

Konstrukcja podstacji trakcyjnej zawierająca zespół prostownikowy, falownik i transformator wyjściowy, w wyniku wykorzystania dodatkowych łączników dla obwodu falownika pozwala na jego pracę jako falownik jak i jako przerywacz. Umożliwia to wykorzystanie zespołu prostownikowego, falownika i transformatora wyjściowego zarówno do zasilania sieci trakcyjnej prądem stałym o różnych napięciach systemowych jak i prądem przemiennym o różnych napięciach systemowych o różnych częstotliwościach.

PL 231 207 B1

Dodatkowe uzwojenie wtórne transformatora wyjściowego z dołączonym do niego zespołem filtrów zapewnia zmniejszenie szkodliwych harmonicznych w napięciu wyjściowym podstacji.

Odczep na podstawowym uzwojeniu wtórnym transformatora wyjściowego, podłączony jest do sieci trakcyjnej poprzez łącznik, umożliwia zasilanie sieci trakcyjnej prądem przemiennym przy mniejszym prądzie płynącym przez falownik.

Łącznik na wyjściu falownika pozwala na zwieranie wyjścia, przez co napięcia na poszczególnych elementach falownika się wyrównują, co jest istotne przy pracy elementów falownika jako przerywacza.

Dołączenie w szereg z falownikiem jednofazowym dodatkowego jednofazowego falownika zasilającego dodatkowe uzwojenie pierwotne transformatora wyjściowego umożliwia stosowanie w falownikach elementów o niższych parametrach elektrycznych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie podstację trakcyjną wielosystemową z jednym falownikiem jednofazowym, a fig. 2 przedstawia schemat podstacji trakcyjnej wielosystemowej z dodatkowym falownikiem.

Jak przedstawiono na fig. 1, w podstacji do jednego bieguna zespołu prostownikowego Z jest dołączone przez pierwszy łącznik O1 górne zasilanie jednofazowego falownika F, którego wyjście jest połączone z uzwojeniem pierwotnym U1 transformatora wyjściowego T, a uzwojenie wtórne U2 transformatora wyjściowego T jest dołączone przez trzeci łącznik O3 do sieci trakcyjnej S. Dolne zasilanie falownika F jest dołączone przez pierwszy dodatkowy łącznik P1 do drugiego bieguna zasilania zespołu prostownikowego Z i przez drugi dodatkowy łącznik P2 do sieci trakcyjnej S. Do falownika F dołączony jest drugi łącznik O2 zwierający jego wyjście. Transformator T posiada dodatkowe uzwojenie wtórne U3 do którego jest podłączony zespół filtrów Fi. Uzwojenie wtórne U2 transformatora T posiada odczep W do którego poprzez piąty łącznik O5 jest podłączona sieć trakcyjna S.

Podstacja trakcyjna przedstawiona na fig. 2 różni się tym, że posiada co najmniej jeden dodatkowy jednofazowy falownik F1, którego górne zasilanie dołączane jest do jednego bieguna zespołu prostownikowego Z przez pierwszy łącznik O1, a dolne zasilanie jest dołączone do górnego zasilania jednofazowego falownika F oraz przyłączone przez trzeci dodatkowy łącznik P3 do sieci trakcyjnej S, przy czym wyjście dodatkowego jednofazowego falownika F1 jest połączone z dodatkowym uzwojeniem pierwotnym U4 transformatora wyjściowego T i połączone jest z czwartym łącznikiem O4 zwierającym to wyjście falownika F1.

Podstacja trakcyjna wielosystemowa zawiera co najmniej jeden zespół prostownikowy Z o napięciu systemowym 3 kV prądu stałego. Poprzez szósty łącznik O6 po jego załączeniu sieć trakcyjna S jest zasilana napięciem stałym 3 kV. Dołączony do zasilania z zespołu prostownikowego Z, falownik F, na swoim wyjściu generuje przebieg sinusoidalny o częstotliwości 50 Hz lub 16,7 Hz w zależności od jego sterowania. Wyjście falownika F jest połączone z uzwojeniem pierwotnym U1 transformatora wyjściowego T i na uzwojeniu wtórnym U2 transformatora wyjściowego T pojawia się napięcie 25kV/50Hz lub napięcie 15 kV/16,7 Hz w zależności od sterowania falownika F. Napięcie to poprzez trzeci łącznik O3 zasila sieć trakcyjną S. Dodatkowy odczep W w uzwojeniu wtórnym U2 transformatora T, do którego poprzez łącznik O5 jest podłączona sieć trakcyjna S umożliwia uzyskanie napięcia 15 kV/16,7 Hz na sieci trakcyjnej S przy mniejszym prądzie maksymalnym płynącym przez falownik F. Otwarcie pierwszego dodatkowego łącznika P1 i zamknięcie drugiego dodatkowego łącznika P2 przy zmianie sposobu sterowania elementami energoelektronicznymi falownika F pozwala na przekształcenie falownika F w przerywacz. Łącznik O2 łączy równoległe elementy energoelektroniczne co wyrównuje napięcia na nich. Sieć trakcyjna S podłączona przez drugi dodatkowy łącznik P2 może być w tym układzie zasilana wybranym napięciem stałym systemowym 3 kV lub 1,5 kV lub 1 kV lub 750 V lub 600 V lub napięciem stałym różniącym się od napięcia systemowego w zależności od sterowania elementów energoelektronicznych falownika F. Zespół filtrów Fi dołączony do dodatkowego uzwojenia wtórnego U3 transformatora T eliminuje harmoniczne z przebiegu napięcia wyjściowego przez co poprawia jego jakość.

Podstacja trakcyjna wielosystemowa przedstawiona na fig. 2 wyposażona jest w co najmniej dwa jednofazowe falowniki F, F1 połączone szeregowo. Przy takim układzie zasilania możliwa jest do uzyskania większa moc wyjściowa podstacji trakcyjnej przy zastosowaniu tańszych elementów energoelektronicznych o mniejszych napięciach roboczych.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Podstacja trakcyjna wielosystemowa zawierająca co najmniej jeden zespół prostownikowy prądu stałego, jednofazowy falownik i transformator wyjściowy z podstawowym uzwojeniem wtórnym dołączonym do sieci trakcyjnej, przy czym jednofazowy falownik ma górne zasilanie dołączone poprzez łącznik do jednego bieguna zespołu prostownikowego, wyjście falownika jest połączone z uzwojeniem pierwotnym transformatora wyjściowego, a dolne zasilanie jest dołączone do drugiego bieguna zespołu prostownikowego, znamienna tym, że dolne zasilanie jednofazowego falownika (F) jest połączone z drugim biegunem zespołu prostownikowego (Z) poprzez pierwszy dodatkowy łącznik (Pi), a jednocześnie dolne zasilanie jednofazowego falownika (F) jest połączone poprzez drugi dodatkowy łącznik (P2) z siecią trakcyjną (S), przy czym transformator wyjściowy (T) posiada dodatkowe uzwojenie wtórne (U3) do którego jest podłączony zespół filtrów (Fi).
2. 2. Podstacja trakcyjna według zastrz. 1, znamienna tym, że podstawowe uzwojenie wtórne (U2) transformatora (T) posiada odczep (W), do którego poprzez piąty łącznik (O5) jest podłączona sieć trakcyjna (S).
3. 3. Podstacja trakcyjna według zastrz. 1, znamienna tym, że wyjście jednofazowego falownika (F) posiada drugi łącznik (O2) zwierający wyjście dodatkowego jednofazowego falownika (F1).
4. 4. Podstacja trakcyjna według zastrz. 1, znamienna tym, że posiada co najmniej jeden dodatkowy jednofazowy falownik (Fi), którego górne zasilanie dołączane jest do jednego bieguna zespołu prostownikowego (Z) przez pierwszy łącznik (Oi), a dolne zasilanie jest dołączone do górnego zasilania jednofazowego falownika (F) oraz przyłączone przez trzeci dodatkowy łącznik (P3) do sieci trakcyjnej (S), przy czym wyjście dodatkowego jednofazowego falownika (Fi) jest połączone z dodatkowym uzwojeniem pierwotnym (U4) transformatora wyjściowego (T) i posiada czwarty łącznik (O4) zwierający wyjście dodatkowego jednofazowego falownika (Fi).