基本信息
- 項目名稱：
- 電氣化鐵路同相供電系統(tǒng)模擬控制裝置
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目基于我校國家科技支撐計劃“電氣化鐵路同相供電裝置”，根據(jù)實驗室現(xiàn)有條件研制一套模擬同相供電裝置。我國現(xiàn)行的牽引網(wǎng)單邊供電模式和現(xiàn)有的牽引變電所接線方式及其換相連接，決定了牽引網(wǎng)上必然存在電分相環(huán)節(jié)。采用地面自動過分相裝置而出現(xiàn)故障時，列車會硬闖分相環(huán)節(jié)容易造成短路故障；而車上自動過分相裝置故障時會影響機車運行。電分相環(huán)節(jié)對高速重載列車有極大的制約作用。
- 詳細介紹：
- 本裝置采用單相橋式AC-DC-AC電路結構，以TI公司的cortex m3系列ARM芯片LM3S2B93為核心控制芯片，在整流方面采用新型脈沖整流方式，采用雙極性調制方式間接電流控制策略對網(wǎng)側電流進行跟蹤控制，電流回路少，控制可靠，對網(wǎng)側無污染，功率因數(shù)高，實現(xiàn)能量雙向流動；在逆變方面采用，利用LM3S2B93片內PWM模塊通過軟件產(chǎn)生SPWM波，并用軟件鎖相環(huán)進行系統(tǒng)的同頻、同相控制，控制靈活簡單。采用LM3S2B93片內10位A/D對各模擬信號進行采集檢測，簡化了系統(tǒng)設計和成本。本裝置具有良好的數(shù)字顯示功能，采用CPLD自行設計驅動的4.3寸彩色液晶TFT LCD非常直觀地完成了輸出信號波形、頻譜特性的在線實時顯示，以及輸入電壓、電流、功率、輸出電壓、電流、功率，效率，頻率，相位差，失真度參數(shù)的正確顯示。本裝置具有開機自檢、輸入電壓欠壓及輸出過流保護，在過流、欠壓故障排除后能自動恢復。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 本項目基于我校國家科技支撐計劃“電氣化鐵路同相供電裝置”，根據(jù)實驗室現(xiàn)有條件研制一套模擬同相供電裝置。我國現(xiàn)行的牽引網(wǎng)單邊供電模式和現(xiàn)有的牽引變電所接線方式及其換相連接，決定了牽引網(wǎng)上必然存在電分相環(huán)節(jié)。采用地面自動過分相裝置而出現(xiàn)故障時，列車會硬闖分相環(huán)節(jié)容易造成短路故障；而車上自動過分相裝置故障時會影響機車運行。電分相環(huán)節(jié)對高速重載列車有極大的制約作用。因此，研制具有自主知識產(chǎn)權的同相供電技術，實現(xiàn)牽引供電技術的創(chuàng)新，達到鐵路與電力發(fā)展的雙贏，具有重要的意義。
科學性、先進性
- 現(xiàn)有牽引供電系統(tǒng)采用的是異相供電，接觸網(wǎng)電分相及自動過分相一直困擾著電氣化鐵路，特別是高速和重載鐵路。同相供電系統(tǒng)實現(xiàn)牽引網(wǎng)電壓同相位運行，是解決長期困擾鐵路過分相和電能質量問題的有效手段。電氣化鐵路同相供電裝置的成功研制，不僅使電氣化鐵路實現(xiàn)了同相供電，對實現(xiàn)了電氣化鐵路的負序、無功、諧波等電能質量綜合治理，助推電氣化鐵路實現(xiàn)“高效、綠色”運營也具有重大意義。該系統(tǒng)可廣泛應用于高速、重載及普速鐵路中，具有顯著的推廣應用價值。
獲獎情況及鑒定結果
- 2011年4月28日獲西南交通大學“揚華杯”一等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 非專利技術轉讓
作品可展示的形式
- 實物、圖紙、現(xiàn)場演示、圖片、錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 按照國務院批準的《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，在未來15年中我國將新建30000km電氣化鐵路，若采用同相供電系統(tǒng)，則需要增加近600套同相供電裝置，每套750萬元計算，需要增加投資45億元。但由于牽引供電系統(tǒng)實現(xiàn)了貫通供電，因此可不設置過分相裝置，每套可節(jié)約投資300萬元，則共減少投資18億元。并且基于電力電子技術的潮流控制器應用要達到15GVA-25GVA，規(guī)模宏大。這些需求將拉動我國自主知識產(chǎn)權電力電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，按照1元/VA產(chǎn)值計，未來15年每年產(chǎn)值達10億元以上，使我國躋身世界電力電子強國行列。
同類課題研究水平概述
- 對電氣化鐵路而言，其動力來自電力系統(tǒng)。目前直流輸電供電系統(tǒng)技術上還遠未成熟，故傳統(tǒng)的三相供電系統(tǒng)成為了電氣化鐵路列車的動力之源。由于電氣化鐵路列車采用單相供電，故必須從三相電中的一相取電，這就造成了三相電力系統(tǒng)的不平衡，即負序電流的影響。為降低負序電流對三相電力系統(tǒng)的不良影響，盡量保證三相負荷的基本平衡，各國普遍采用牽引變電所輪流換相、電氣化鐵路分區(qū)間供電的方法，區(qū)間之間形成電分相或電分段。這種傳統(tǒng)的異相供電方式存在過分相、諧波污染和可靠性三方面的問題。在換相過程中需要斷路絕緣，對列車運行有風險。在換相過程中有大量諧波污染，對電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響。在換相過程中列車失去動力，速度受限，極大限制了列車提速。 隨時代發(fā)展，傳統(tǒng)異相供電方式已經(jīng)無法滿足新型高速列車對速度、安全性和綠色節(jié)能的要求。為解決以上問題，電氣化鐵路同相供電概念被提出。同相供電通過數(shù)字化可控脈沖整流和逆變技術將供電所取得的不同相位的三相電變?yōu)橄嗤妷骸⑾嗤辔缓拖嗤l率的單相電，故可實行全線貫通式的單相供電，使電氣化鐵路供電系統(tǒng)取消電分段和電分相，消除了電氣化鐵路上供電的斷點，簡化了供電系統(tǒng)，極大地提高了電氣鐵路的運行效率和安全性，具有非常高的應用價值。 目前世界上，德國率先小范圍試運行了同相供電系統(tǒng)。通過實際運行，相比傳統(tǒng)異相供電方式，同相供電具有突出的優(yōu)點：（1）避免了鐵路牽引供電系統(tǒng)對電能質量的污染，無需電能質量補償裝置；（2）牽引供電系統(tǒng)全線電壓具有相同相位，無需配備額外的過分相設備；（3）對接入公用電網(wǎng)的電網(wǎng)要求較低，可接入中壓、高壓等多種電壓等級的公用電網(wǎng)系統(tǒng)。 本項目的系統(tǒng)為功率縮小版的同相供電系統(tǒng)，具有成品同相供電系統(tǒng)的所有結構，主要用于科學研發(fā)和產(chǎn)品研發(fā)時的仿真測試。 目前同相供電作為一種新興的電氣化鐵路供電方式，其完全數(shù)字化可控、高效率、高安全性和綠色無污染的特性決定其必定取代傳統(tǒng)的異相供電模式。同相供電是電氣化鐵路供電系統(tǒng)未來發(fā)展的潮流。
