基本信息
- 项目名称：
- 电气化铁路同相供电系统模拟控制装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目基于我校国家科技支撑计划“电气化铁路同相供电装置”，根据实验室现有条件研制一套模拟同相供电装置。我国现行的牵引网单边供电模式和现有的牵引变电所接线方式及其换相连接，决定了牵引网上必然存在电分相环节。采用地面自动过分相装置而出现故障时，列车会硬闯分相环节容易造成短路故障；而车上自动过分相装置故障时会影响机车运行。电分相环节对高速重载列车有极大的制约作用。
- 详细介绍：
- 本装置采用单相桥式AC-DC-AC电路结构，以TI公司的cortex m3系列ARM芯片LM3S2B93为核心控制芯片，在整流方面采用新型脉冲整流方式，采用双极性调制方式间接电流控制策略对网侧电流进行跟踪控制，电流回路少，控制可靠，对网侧无污染，功率因数高，实现能量双向流动；在逆变方面采用，利用LM3S2B93片内PWM模块通过软件产生SPWM波，并用软件锁相环进行系统的同频、同相控制，控制灵活简单。采用LM3S2B93片内10位A/D对各模拟信号进行采集检测，简化了系统设计和成本。本装置具有良好的数字显示功能，采用CPLD自行设计驱动的4.3寸彩色液晶TFT LCD非常直观地完成了输出信号波形、频谱特性的在线实时显示，以及输入电压、电流、功率、输出电压、电流、功率，效率，频率，相位差，失真度参数的正确显示。本装置具有开机自检、输入电压欠压及输出过流保护，在过流、欠压故障排除后能自动恢复。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本项目基于我校国家科技支撑计划“电气化铁路同相供电装置”，根据实验室现有条件研制一套模拟同相供电装置。我国现行的牵引网单边供电模式和现有的牵引变电所接线方式及其换相连接，决定了牵引网上必然存在电分相环节。采用地面自动过分相装置而出现故障时，列车会硬闯分相环节容易造成短路故障；而车上自动过分相装置故障时会影响机车运行。电分相环节对高速重载列车有极大的制约作用。因此，研制具有自主知识产权的同相供电技术，实现牵引供电技术的创新，达到铁路与电力发展的双赢，具有重要的意义。
科学性、先进性
- 现有牵引供电系统采用的是异相供电，接触网电分相及自动过分相一直困扰着电气化铁路，特别是高速和重载铁路。同相供电系统实现牵引网电压同相位运行，是解决长期困扰铁路过分相和电能质量问题的有效手段。电气化铁路同相供电装置的成功研制，不仅使电气化铁路实现了同相供电，对实现了电气化铁路的负序、无功、谐波等电能质量综合治理，助推电气化铁路实现“高效、绿色”运营也具有重大意义。该系统可广泛应用于高速、重载及普速铁路中，具有显著的推广应用价值。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年4月28日获西南交通大学“扬华杯”一等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 非专利技术转让
作品可展示的形式
- 实物、图纸、现场演示、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 按照国务院批准的《中长期铁路网规划》，在未来15年中我国将新建30000km电气化铁路，若采用同相供电系统，则需要增加近600套同相供电装置，每套750万元计算，需要增加投资45亿元。但由于牵引供电系统实现了贯通供电，因此可不设置过分相装置，每套可节约投资300万元，则共减少投资18亿元。并且基于电力电子技术的潮流控制器应用要达到15GVA-25GVA，规模宏大。这些需求将拉动我国自主知识产权电力电子产业的发展，按照1元/VA产值计，未来15年每年产值达10亿元以上，使我国跻身世界电力电子强国行列。
同类课题研究水平概述
- 对电气化铁路而言，其动力来自电力系统。目前直流输电供电系统技术上还远未成熟，故传统的三相供电系统成为了电气化铁路列车的动力之源。由于电气化铁路列车采用单相供电，故必须从三相电中的一相取电，这就造成了三相电力系统的不平衡，即负序电流的影响。为降低负序电流对三相电力系统的不良影响，尽量保证三相负荷的基本平衡，各国普遍采用牵引变电所轮流换相、电气化铁路分区间供电的方法，区间之间形成电分相或电分段。这种传统的异相供电方式存在过分相、谐波污染和可靠性三方面的问题。在换相过程中需要断路绝缘，对列车运行有风险。在换相过程中有大量谐波污染，对电网产生不利影响。在换相过程中列车失去动力，速度受限，极大限制了列车提速。 随时代发展，传统异相供电方式已经无法满足新型高速列车对速度、安全性和绿色节能的要求。为解决以上问题，电气化铁路同相供电概念被提出。同相供电通过数字化可控脉冲整流和逆变技术将供电所取得的不同相位的三相电变为相同电压、相同相位和相同频率的单相电，故可实行全线贯通式的单相供电，使电气化铁路供电系统取消电分段和电分相，消除了电气化铁路上供电的断点，简化了供电系统，极大地提高了电气铁路的运行效率和安全性，具有非常高的应用价值。 目前世界上，德国率先小范围试运行了同相供电系统。通过实际运行，相比传统异相供电方式，同相供电具有突出的优点：（1）避免了铁路牵引供电系统对电能质量的污染，无需电能质量补偿装置；（2）牵引供电系统全线电压具有相同相位，无需配备额外的过分相设备；（3）对接入公用电网的电网要求较低，可接入中压、高压等多种电压等级的公用电网系统。 本项目的系统为功率缩小版的同相供电系统，具有成品同相供电系统的所有结构，主要用于科学研发和产品研发时的仿真测试。 目前同相供电作为一种新兴的电气化铁路供电方式，其完全数字化可控、高效率、高安全性和绿色无污染的特性决定其必定取代传统的异相供电模式。同相供电是电气化铁路供电系统未来发展的潮流。
