CN211744358U - 一种高速列车容错型牵引变流器主电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速列车容错型牵引变流器主电路，涉及电力机车牵引技术领域，其包括依次串联的四象限脉冲整流器、中间直流电路和逆变器，还包括冗余电路和故障隔离组件，所述四象限脉冲整流器为单相三电平T型脉冲整流器拓扑结构；所述逆变器为三相三电平T型逆变器拓扑结构；所述故障隔离组件分布于所述四象限脉冲整流器以及所述逆变器的桥臂中；所述冗余电路与所述四象限脉冲整流器、所述中间直流电路和所述逆变器电性连接。本实用新型能够实现故障隔离和多模式容错运行，不仅可以容错单个或多个开关管的开路、短路故障，还可以容错桥臂的开路、短路故障，从而提高了牵引变流***的可靠性，而且结构简单、导通损耗低，输出电能质量高。

Description

一种高速列车容错型牵引变流器主电路

技术领域

本实用新型涉及电力机车牵引技术领域，具体而言，涉及一种高速列车容错型牵引变流器主电路。

背景技术

高速列车牵引***主要包含牵引变压器、牵引变流器(整流器、逆变器和中间直流环节)、牵引电机和牵引传动控制***。其中，牵引变流器是牵引***的核心构成部件，高功率密度、高效率、高性能及高可靠性始终是其技术发展和革新的核心要求。

动车组高速列车是一个大型复杂的强机电耦合***，作为其核心部件，牵引变流器(四象限脉冲整流器和PWM逆变器)中的功率器件由于频繁的开关动作，其可靠性远低于牵引***的其他机电装置。四象限脉冲整流器、PWM逆变器及牵引控制单元的故障是高速列车牵引变流器故障的主要因素，累计故障占比92.5％。因此，需要研制具有强容错能力高可靠性的牵引变流器主电路。

实用新型内容

本实用新型在于提供一种高速列车容错型牵引变流器主电路，其能够缓解上述问题。

为了缓解上述的问题，本实用新型采取的技术方案如下：

一种高速列车容错型牵引变流器主电路，包括主电路主体、冗余电路以及故障隔离组件，所述主电路主体包括依次串联的四象限脉冲整流器、中间直流电路和逆变器，所述四象限脉冲整流器为单相三电平T型脉冲整流器拓扑结构；所述逆变器为三相三电平T型逆变器拓扑结构；所述故障隔离组件分布于所述四象限脉冲整流器以及所述逆变器的桥臂中；所述冗余电路与所述四象限脉冲整流器、所述中间直流电路和所述逆变器电性连接。

进一步地，所述故障隔离组件为若干熔断器。

更进一步地，所述四象限脉冲整流器包括两个三电平T型桥臂，其三电平T型桥臂包括一上桥臂、一下桥臂和一横桥臂；

所述四象限脉冲整流器的上桥臂包括开关管S_a1、快速熔断器F_ap、开关管S_b1以及快速熔断器F_bp，其中，开关管S_a1的集电极与快速熔断器F_ap一端连接，快速熔断器F_ap的另一端连接至正直流母线P端，开关管S_a1的发射极连接至单相交流母线的A端，开关管S_b1的集电极与快速熔断器F_bp的一端连接，快速熔断器F_bp的另一端连接至正直流母线P端，开关管S_b1的发射极连接至单相交流母线的B端；

所述四象限脉冲整流器的下桥臂包括开关管S_a4、快速熔断器F_an、开关管S_b4以及快速熔断器F_bn，其中，开关管S_a4的集电极连接至单相交流母线的A端，开关管S_a4的发射极与快速熔断器F_an的一端连接，快速熔断器F_an的另一端连接至负直流母线N端，开关管S_b4的集电极连接至单相交流母线的B端，开关管S_b4的发射极与快速熔断器F_bn的一端连接，快速熔断器F_bn的另一端连接至负直流母线N端；

所述四象限脉冲整流器的横桥臂包括开关管S_a2、快速熔断器F_ao、开关管S_a3、开关管 S_b2、开关管S_b3以及快速熔断器F_bo，其中，开关管S_a2的发射极与快速熔断器F_ao的一端连接，快速熔断器F_ao的另一端连接至单相交流母线的A端，开关管S_a2的集电极与开关管S_a3的集电极连接，开关管S_a3的发射极连接至直流母线的中间点O点，开关管S_b2的发射极与快速熔断器F_bo的一端连接，快速熔断器F_bo的另一端连接至单相交流母线的B端，开关管S_b2的集电极与开关管S_b3的集电极连接，开关管S_b3的发射极连接至直流母线的中间点O点；

所述快速熔断器F_ap、所述快速熔断器F_bp、所述快速熔断器F_an、所述快速熔断器F_bn、所述快速熔断器F_ao以及所述快速熔断器F_bo均包括于所述故障隔离组件。

更进一步地，所述逆变器包括三个三电平T型桥臂，其三电平T型桥臂包括一上桥臂、一下桥臂和一横桥臂；

所述逆变器的上桥臂包括开关管S_u1、快速熔断器F_up、开关管S_v1、快速熔断器F_vp、开关管S_w1以及快速熔断器F_wp，其中，开关管S_u1的集电极与快速熔断器F_up的一端连接，快速熔断器F_up的另一端连接至正直流母线P端，开关管S_u1的发射极连接至三相交流输出U端，开关管S_v1的集电极与快速熔断器F_vp的一端连接，快速熔断器F_vp的另一端连接至正直流母线P端，开关管S_v1的发射极连接至三相交流输出V端，开关管S_w1的集电极与快速熔断器 F_wp的一端连接，快速熔断器F_wp的另一端连接至正直流母线P端，开关管S_w1的发射极连接至三相交流输出W端；

所述逆变器的下桥臂包括开关管S_u4、快速熔断器F_un、开关管S_v4、快速熔断器F_vn、开关管S_w4以及快速熔断器F_wn，其中，开关管S_u4的集电极连接至三相交流输出U端，开关管 S_u4的发射极与快速熔断器F_un的一端连接，快速熔断器F_un的另一端连接至负直流母线N端，开关管S_v4的集电极连接至三相交流输出V端，开关管S_v4的发射极与快速熔断器F_vn的一端连接，快速熔断器F_vn的另一端连接至负直流母线N端，开关管S_w4的集电极连接至三相交流输出W端，开关管S_w4的发射极与快速熔断器F_wn的一端连接，快速熔断器F_wn的另一端连接至负直流母线N端；

所述逆变器的横桥臂包括开关管S_u2、快速熔断器F_uo、开关管S_u3、快速熔断器F_vo、开关管S_v2、开关管S_v3、开关管S_w2、开关管S_w3以及快速熔断器F_wo，其中，开关管S_u2的发射极与快速熔断器F_uo的一端连接，快速熔断器F_uo的另一端连接至三相交流输出U端，开关管S_u2的集电极与开关管S_u3的集电极相连，开关管S_u3的发射极连接至直流母线的中间点O 点，开关管S_v2的发射极与快速熔断器F_vo的一端连接，快速熔断器F_vo的另一端连接至三相交流输出V端，开关管S_v2的集电极与开关管S_v3的集电极相连，开关管S_v3的发射极连接至直流母线的中间点O点，开关管S_w2的发射极与快速熔断器F_wo的一端连接，快速熔断器F_wo的另一端连接至三相交流输出W端，开关管S_w2的集电极与开关管S_w3的集电极连接，开关管S_w3的发射极连接至直流母线的中间点O点；

所述快速熔断器F_up、所述快速熔断器F_vp、所述快速熔断器F_wp、所述快速熔断器F_un、所述快速熔断器F_vn、所述快速熔断器F_wn、所述快速熔断器F_uo、所述快速熔断器F_vo和所述快速熔断器F_wo包括于所述故障隔离组件。

更进一步地，所述中间直流电路包括串联的两个电解电容C_d1、C_d2，电解电容C_d1的正极性端与正直流母线P端连接，电解电容C_d1的负极性端连接至直流母线的中间点O点，电解电容C_d2的正极性端连接至直流母线的中间点O点，电解电容C_d2的负极性端与负直流母线N 端连接。

更进一步地，所述冗余电路包括单相冗余桥臂、整流侧容错桥和逆变侧容错桥。

更进一步地，所述单相冗余桥臂为三电平T型拓扑结构，其包括开关管S₁、开关管S₂、开关管S₃以及开关管S₄，所述开关管S₁的集电极与正直流母线P端连接，开关管S₁的发射极与开关管S₄集电极和开关管S₂的发射极连接，开关管S₄的发射极与负直流母线N端连接，开关管S₂的集电极与开关管S₃的集电极连接，开关管S₃的发射极连接至直流母线的中间点O点。

更进一步地，所述整流侧容错桥包括双向可控晶闸管T_a和双向可控晶闸管T_b，双向可控晶闸管T_a的一端连接至单相交流母线的A端，双向可控晶闸管T_b的一端连接至单相交流母线的B端，双向可控晶闸管T_a的另一端、双向可控晶闸管T_b的另一端均连接至开关管S₁的发射极。

更进一步地，所述逆变侧容错桥包括双向可控晶闸管T_u、双向可控晶闸管T_v和双向可控晶闸管T_w，所述双向可控晶闸管T_u的一端、所述双向可控晶闸管T_v的一端、所述双向可控晶闸管T_w的一端均连接至开关管S₁的发射极，所述双向可控晶闸管T_u的另一端、所述双向可控晶闸管T_v的另一端、所述双向可控晶闸管T_w的另一端分别连接至三相交流输出U端、三相交流输出V端、三相交流输出W端。

本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型所述高速列车容错型牵引变流器主电路，其能够实现故障隔离和多模式容错运行，不仅可以容错单个或多个开关管的开路、短路故障，还可以容错桥臂的开路、短路故障，从而提高了牵引变流***的可靠性，继而提升了高速列车运行可靠性；

2)三电平T型变流器是三电平二极管钳位型变流器的改进型拓扑，其结构简单、导通损耗低，输出电能质量高。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本实用新型实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例中容错型牵引***框图；

图2为实施例中除去冗余电路时的容错型牵引变流器主电路图；

图3为实施例中容错型牵引变流器冗余电路图；

图4为高铁牵引传动总体方案流程图；

图5为容错运行控制流程图；

图6为逆变器竖直桥臂开关管故障下的容错控制结果；

图7为逆变器横桥臂开关管故障下的容错控制结果。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

请参照图1，本实施例提供了一种高速列车容错型牵引变流器主电路，包括主电路主体1、冗余电路2以及故障隔离组件3，主电路主体1包括依次串联的四象限脉冲整流器11、中间直流电路12和逆变器13，四象限脉冲整流器11为单相三电平T型脉冲整流器拓扑结构；逆变器13为三相三电平T型逆变器拓扑结构；故障隔离组件3分布于四象限脉冲整流器11以及逆变器13的桥臂中；冗余电路2与四象限脉冲整流器11、中间直流电路12 和逆变器13电性连接。本实施例所述高速列车容错型牵引变流器主电路，其在使用时，按照图1所示，与牵引变压器和四台牵引电机连接。

在本实施例中，故障隔离组件3为串联在主电路主体1桥臂中的快速熔断器。

请参照图2，在本实施例中，四象限脉冲整流器11包括两个三电平T型桥臂，其三电平T型桥臂包括一上桥臂、一下桥臂和一横桥臂；

四象限脉冲整流器11的上桥臂包括开关管S_a1、快速熔断器F_ap、开关管S_b1以及快速熔断器F_bp，其中，开关管S_a1的集电极与快速熔断器F_ap一端连接，快速熔断器F_ap的另一端连接至正直流母线P端，开关管S_a1的发射极连接至单相交流母线的A端，开关管S_b1的集电极与快速熔断器F_bp的一端连接，快速熔断器F_bp的另一端连接至正直流母线P端，开关管 S_b1的发射极连接至单相交流母线的B端；

四象限脉冲整流器11的下桥臂包括开关管S_a4、快速熔断器F_an、开关管S_b4以及快速熔断器F_bn，其中，开关管S_a4的集电极连接至单相交流母线的A端，开关管S_a4的发射极与快速熔断器F_an的一端连接，快速熔断器F_an的另一端连接至负直流母线N端，开关管S_b4的集电极连接至单相交流母线的B端，开关管S_b4的发射极与快速熔断器F_bn的一端连接，快速熔断器F_bn的另一端连接至负直流母线N端；

四象限脉冲整流器11的横桥臂包括开关管S_a2、快速熔断器F_ao、开关管S_a3、开关管S_b2、开关管S_b3以及快速熔断器F_bo，其中，开关管S_a2的发射极与快速熔断器F_ao的一端连接，快速熔断器F_ao的另一端连接至单相交流母线的A端，开关管S_a2的集电极与开关管S_a3的集电极连接，开关管S_a3的发射极连接至直流母线的中间点O点，开关管S_b2的发射极与快速熔断器F_bo的一端连接，快速熔断器F_bo的另一端连接至单相交流母线的B端，开关管S_b2的集电极与开关管S_b3的集电极连接，开关管S_b3的发射极连接至直流母线的中间点O点；

快速熔断器F_ap、快速熔断器F_bp、快速熔断器F_an、快速熔断器F_bn、快速熔断器F_ao以及快速熔断器F_bo均包括于故障隔离组件3。

在牵引工况时，高速列车牵引变压器的牵引绕组输出1500V/50Hz的单相交流电，通过四象限脉冲整流器11变换为2600V～3000V的直流电根据实际速度范围调节，同时实现牵引变压器原边电压、电流的单位功率因数控制；再生制动工况时，脉冲整流器工作在逆变状态，以中间直流电路12的支撑电容器输出电压DC 3000V作为输入，向整流器交流侧输出AC 1500V/50Hz的交流电。

请参照图2，在本实施例中，中间直流电路12包括串联的两个串联的电解电容C_d1、C_d2，用于向逆变器13提供稳定的直流电压。电解电容C_d1的正极性端与正直流母线P端连接，电解电容C_d1的负极性端连接至直流母线的中间点O点，电解电容C_d2的正极性端连接至直流母线的中间点O点，电解电容C_d2的负极性端与负直流母线N端连接。在逆变器13投入运行前，首先通过母线直流源对中间直流电路12的电解电容进行充电。

请参照图2，在本实施例中，逆变器13包括三个三电平T型桥臂，其三电平T型桥臂包括一上桥臂、一下桥臂和一横桥臂；

逆变器13的上桥臂包括开关管S_u1、快速熔断器F_up、开关管S_v1、快速熔断器F_vp、开关管S_w1以及快速熔断器F_wp，其中，开关管S_u1的集电极与快速熔断器F_up的一端连接，快速熔断器F_up的另一端连接至正直流母线P端，开关管S_u1的发射极连接至三相交流输出U端，开关管S_v1的集电极与快速熔断器F_vp的一端连接，快速熔断器F_vp的另一端连接至正直流母线P端，开关管S_v1的发射极连接至三相交流输出V端，开关管S_w1的集电极与快速熔断器 F_wp的一端连接，快速熔断器F_wp的另一端连接至正直流母线P端，开关管S_w1的发射极连接至三相交流输出W端；

逆变器13的下桥臂包括开关管S_u4、快速熔断器F_un、开关管S_v4、快速熔断器F_vn、开关管S_w4以及快速熔断器F_wn，其中，开关管S_u4的集电极连接至三相交流输出U端，开关管S_u4的发射极与快速熔断器F_un的一端连接，快速熔断器F_un的另一端连接至负直流母线N端，开关管S_v4的集电极连接至三相交流输出V端，开关管S_v4的发射极与快速熔断器F_vn的一端连接，快速熔断器F_vn的另一端连接至负直流母线N端，开关管S_w4的集电极连接至三相交流输出W端，开关管S_w4的发射极与快速熔断器F_wn的一端连接，快速熔断器F_wn的另一端连接至负直流母线N端；

逆变器13的横桥臂包括开关管S_u2、快速熔断器F_uo、开关管S_u3、快速熔断器F_vo、开关管S_v2、开关管S_v3、开关管S_w2、开关管S_w3以及快速熔断器F_wo，其中，开关管S_u2的发射极与快速熔断器F_uo的一端连接，快速熔断器F_uo的另一端连接至三相交流输出U端，开关管S_u2的集电极与开关管S_u3的集电极相连，开关管S_u3的发射极连接至直流母线的中间点O点，开关管S_v2的发射极与快速熔断器F_vo的一端连接，快速熔断器F_vo的另一端连接至三相交流输出V端，开关管S_v2的集电极与开关管S_v3的集电极相连，开关管S_v3的发射极连接至直流母线的中间点O点，开关管S_w2的发射极与快速熔断器F_wo的一端连接，快速熔断器F_wo的另一端连接至三相交流输出W端，开关管S_w2的集电极与开关管S_w3的集电极连接，开关管S_w3的发射极连接至直流母线的中间点O点；

快速熔断器F_up、快速熔断器F_vp、快速熔断器F_wp、快速熔断器F_un、快速熔断器F_vn、快速熔断器F_wn、快速熔断器F_uo、快速熔断器F_vo和快速熔断器F_wo包括于故障隔离组件3。

牵引工况时，逆变器13以中间直流电路12的电容电压为输入，采用牵引传动控制***控制功率器件的开通和关断，输出电压和频率可调的三相交流电，控制四台牵引电机的转速和转矩；再生制动工况时，以牵引电机输出的三相交流电为输入，向中间直流电路12输出直流电压。

请参照图3，冗余电路2包括单相冗余桥臂21、整流侧容错桥22和逆变侧容错桥23。

单相冗余桥臂21为三电平T型拓扑结构，其包括开关管S₁、开关管S₂、开关管S₃以及开关管S₄，开关管S₁的集电极与正直流母线P端连接，开关管S₁的发射极与开关管S₄集电极和开关管S₂的发射极连接，开关管S₄的发射极与负直流母线N端连接，开关管S₂的集电极与开关管S₃的集电极连接，开关管S₃的发射极连接至直流母线的中间点O点。

在正常工况下，整流侧容错桥22和逆变侧容错桥23中的双向可控晶闸管均处于关断状态，单相冗余桥臂21处于隔离状态。当整流侧容错桥22或逆变侧容错桥23中某一相多开关管故障且不能利用自身冗余进行容错时，控制相应的双向可控晶闸管导通，投入单相冗余桥臂替代故障桥臂。

整流侧容错桥22包括双向可控晶闸管T_a和双向可控晶闸管T_b，双向可控晶闸管T_a的一端连接至单相交流母线的A端，双向可控晶闸管T_b的一端连接至单相交流母线的B端，双向可控晶闸管T_a的另一端、双向可控晶闸管T_b的另一端均连接至开关管S₁的发射极。正常工况下，整流侧容错桥22的双向可控晶闸管均处于关断状态，当四象限脉冲整流器11 某相桥臂发生故障且不能通过自身冗余进行容错运行时，将控制相应的晶闸管T_a或T_b导通，用单相冗余桥臂21代替故障桥臂。

逆变侧容错桥23包括双向可控晶闸管T_u、双向可控晶闸管T_v和双向可控晶闸管T_w，双向可控晶闸管T_u的一端、双向可控晶闸管T_v的一端、双向可控晶闸管T_w的一端均连接至开关管S₁的发射极，双向可控晶闸管T_u的另一端、双向可控晶闸管T_v的另一端、双向可控晶闸管T_w的另一端分别连接至三相交流输出U端、三相交流输出V端、三相交流输出W端。正常工况下，逆变侧容错桥23的三组双向可控晶闸管均处于关断状态，当逆变器13某相桥臂发生故障且不能通过自身冗余进行容错时，将控制相应的晶闸管T_u、T_v或T_w导通，投入单相冗余桥臂21代替故障桥臂。

本实用新型所述高速列车容错型牵引变流器主电路在应用于高铁牵引传动中时，高铁牵引传动总体方案流程图如图4所示，其控制步骤为：

A、根据车载信息控制***，实时获取车辆状态和牵引指令，发送至牵引传动控制单元；

B、通过状态在线监测***获取本实用新型所述牵引变流器的工作状态，确定变流器的运行模式(正常模式或容错模式)；

C、根据变流器运行模式来控制相应的功率开关管导通和关断，从而输出期望的三相交流电来驱动牵引电机的运转，同时将变流器的运行信息反馈至牵引传动控制***。

如图5所示为本实用新型所述高速列车容错型牵引变流器主电路的容错控制流程图，具体容错运行步骤如下：

1)通过故障在线监测***，实时监测变流器的运行状态，当检测并定位到功率开关管的故障，针对不同的故障模式，控制四象限脉冲整流器11和逆变器13切换至相应的容错运行模式；

2)当检测到四象限脉冲整流器11单个横桥臂开关管S_x2、S_x3发生故障，立即关断该相横桥臂中开关管S_x2和S_x3的触发脉冲信号，从而隔离横桥臂；同时将故障相从三电平运行模式切换为两电平运行模式；当四象限脉冲整流器11单个竖直桥臂开关管S_x1、S_x4发生故障，首先利用该相的故障隔离电路将故障桥臂隔离，同时触发整流侧容错桥22中双向可控晶闸管T_x导通，从而使冗余桥臂21代替故障桥臂运行于正常三电平状态，在本步骤2)中， x等于附图2中的a或b；

3)如果检测到四象限脉冲整流器11的x相横桥臂开关管S_x2、S_x3和y相竖直桥臂开关管S_y1、S_y4同时发生故障，x相横桥臂开关管和y相竖直桥臂开关管发生故障后，关断x相横桥臂中开关管S_x2和S_x3的触发脉冲信号，隔离故障桥臂，使y相运行于两电平模式，同时，利用y相桥臂的故障隔离电路将故障桥臂隔离，同时触发整流侧容错桥22中双向可控晶闸管T_y导通，使冗余桥臂21代替故障桥臂运行于正常三电平状态；如果检测到四象限脉冲整流器11的x相横桥臂开关管S_x2、S_x3和y相横桥臂开关管S_y2、S_y3同时发生故障,关断x相横桥臂中开关管S_x2和S_x3和y相横桥臂中开关管S_y2和S_y3的触发脉冲信号，隔离故障桥臂，使x、y相运行于两电平模式，本步骤3)中，x和y分别等于附图2中的a和b，或者分别等于附图2中的b和a；

4)如果检测到逆变器13单个横桥臂开关管S_i2、S_i3发生故障，立即关断该相横桥臂中开关管S_i2和S_i3的触发脉冲信号，从而隔离横桥臂；故障隔离后，将故障相从三电平运行模式切换为两电平运行模式；若逆变器13单个竖直桥臂开关管S_i1、S_i4发生故障，立即关断该相开关管S_i1和S_i4的触发脉冲，同时控制横桥臂中开关管S_i2和S_i3一直导通，使故障相连接至直流母线的中点，此时，i相的输出电压为零电平，本步骤4)中，i等于附图2中的u、v或w；

5)当检测到逆变器13的i相桥臂中横桥臂开关管S_i2、S_i3和竖直桥臂开关管S_i1、S_i4发生故障，首先利用该相的故障隔离电路将故障桥臂隔离，同时触发逆变侧容错桥23中双向可控晶闸管T_i导通，从而使冗余桥臂21代替故障桥臂运行于正常三电平状态，本步骤5)中，i等于附图2中的u、v或w，j等于附图2中的u、v或w，且i、j不同时等于u、v 或w；

6)当检测到逆变器13的i相横桥臂开关管S_i2、S_i3和j相竖直桥臂开关管S_j1、S_j4同时发生故障，关断i相横桥臂中开关管S_i2和S_i3的触发脉冲信号，关断j相S_j1和S_j4的触发脉冲，同时控制j相横桥臂中开关管S_j2和S_j3一直导通；使i相运行于两电平模式，j相输出电压为零，本步骤6)中，i等于附图2中的u、v或w，j等于附图2中的u、v或w，且i、j不同时等于u、v或w；

7)当检测到逆变器13的i相横桥臂开关管S_i2、S_i3和j相横桥臂开关管S_j2、S_j3同时发生故障，关断i相横桥臂中开关管S_i2和S_i3和j相横桥臂中开关管S_j2和S_j3的触发脉冲信号，隔离故障桥臂，控制i、j相运行于两电平模式，本步骤7)中，i等于附图2中的u、 v或w，j等于附图2中的u、v或w，且i、j不同时等于u、v或w。

如图6所示为逆变器13的u相竖直桥臂开关管故障下的容错控制结果，在检测到S_u1发生故障后，通过开关状态和矢量重构使故障相输出零电平，而v和w相桥臂运行于三电平模式，逆变器13输出三相对称的线电压和电流波形，其最大幅值为正常模式的

如图7所示为逆变器13的u相横桥臂开关管故障下的容错控制结果，在S_u2发生故障时，关断开关管S_u2和S_u3的触发脉冲信号，故障相运行于两电平模式，而v和w相桥臂运行于三电平模式，输出三相对称的线电压和电流波形，且其最大幅值与正常模式相同。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高速列车容错型牵引变流器主电路，包括主电路主体(1)，所述主电路主体(1)包括依次串联的四象限脉冲整流器(11)、中间直流电路(12)和逆变器(13)，其特征在于，还包括冗余电路(2)以及故障隔离组件(3)，所述四象限脉冲整流器(11)为单相三电平T型脉冲整流器拓扑结构；所述逆变器(13)为三相三电平T型逆变器拓扑结构；所述故障隔离组件(3)分布于所述四象限脉冲整流器(11)以及所述逆变器(13)的桥臂中；所述冗余电路(2)与所述四象限脉冲整流器(11)、所述中间直流电路(12)和所述逆变器(13)电性连接。

2.根据权利要求1所述的高速列车容错型牵引变流器主电路，其特征在于，所述故障隔离组件(3)为若干熔断器。

3.根据权利要求2所述的高速列车容错型牵引变流器主电路，其特征在于，所述四象限脉冲整流器(11)包括两个三电平T型桥臂，其三电平T型桥臂包括一上桥臂、一下桥臂和一横桥臂；

所述四象限脉冲整流器(11)的上桥臂包括开关管S_a1、快速熔断器F_ap、开关管S_b1以及快速熔断器F_bp，其中，开关管S_a1的集电极与快速熔断器F_ap一端连接，快速熔断器F_ap的另一端连接至正直流母线P端，开关管S_a1的发射极连接至单相交流母线的A端，开关管S_b1的集电极与快速熔断器F_bp的一端连接，快速熔断器F_bp的另一端连接至正直流母线P端，开关管S_b1的发射极连接至单相交流母线的B端；

所述四象限脉冲整流器(11)的下桥臂包括开关管S_a4、快速熔断器F_an、开关管S_b4以及快速熔断器F_bn，其中，开关管S_a4的集电极连接至单相交流母线的A端，开关管S_a4的发射极与快速熔断器F_an的一端连接，快速熔断器F_an的另一端连接至负直流母线N端，开关管S_b4的集电极连接至单相交流母线的B端，开关管S_b4的发射极与快速熔断器F_bn的一端连接，快速熔断器F_bn的另一端连接至负直流母线N端；

所述四象限脉冲整流器(11)的横桥臂包括开关管S_a2、快速熔断器F_ao、开关管S_a3、开关管S_b2、开关管S_b3以及快速熔断器F_bo，其中，开关管S_a2的发射极与快速熔断器F_ao的一端连接，快速熔断器F_ao的另一端连接至单相交流母线的A端，开关管S_a2的集电极与开关管S_a3的集电极连接，开关管S_a3的发射极连接至直流母线的中间点O点，开关管S_b2的发射极与快速熔断器F_bo的一端连接，快速熔断器F_bo的另一端连接至单相交流母线的B端，开关管S_b2的集电极与开关管S_b3的集电极连接，开关管S_b3的发射极连接至直流母线的中间点O点；

所述快速熔断器F_ap、所述快速熔断器F_bp、所述快速熔断器F_an、所述快速熔断器F_bn、所述快速熔断器F_ao以及所述快速熔断器F_bo均包括于所述故障隔离组件(3)。

4.根据权利要求3所述的高速列车容错型牵引变流器主电路，其特征在于，所述逆变器(13)包括三个三电平T型桥臂，其三电平T型桥臂包括一上桥臂、一下桥臂和一横桥臂；

所述逆变器(13)的上桥臂包括开关管S_u1、快速熔断器F_up、开关管S_v1、快速熔断器F_vp、开关管S_w1以及快速熔断器F_wp，其中，开关管S_u1的集电极与快速熔断器F_up的一端连接，快速熔断器F_up的另一端连接至正直流母线P端，开关管S_u1的发射极连接至三相交流输出U端，开关管S_v1的集电极与快速熔断器F_vp的一端连接，快速熔断器F_vp的另一端连接至正直流母线P端，开关管S_v1的发射极连接至三相交流输出V端，开关管S_w1的集电极与快速熔断器F_wp的一端连接，快速熔断器F_wp的另一端连接至正直流母线P端，开关管S_w1的发射极连接至三相交流输出W端；

所述逆变器(13)的下桥臂包括开关管S_u4、快速熔断器F_un、开关管S_v4、快速熔断器F_vn、开关管S_w4以及快速熔断器F_wn，其中，开关管S_u4的集电极连接至三相交流输出U端，开关管S_u4的发射极与快速熔断器F_un的一端连接，快速熔断器F_un的另一端连接至负直流母线N端，开关管S_v4的集电极连接至三相交流输出V端，开关管S_v4的发射极与快速熔断器F_vn的一端连接，快速熔断器F_vn的另一端连接至负直流母线N端，开关管S_w4的集电极连接至三相交流输出W端，开关管S_w4的发射极与快速熔断器F_wn的一端连接，快速熔断器F_wn的另一端连接至负直流母线N端；

所述逆变器(13)的横桥臂包括开关管S_u2、快速熔断器F_uo、开关管S_u3、快速熔断器F_vo、开关管S_v2、开关管S_v3、开关管S_w2、开关管S_w3以及快速熔断器F_wo，其中，开关管S_u2的发射极与快速熔断器F_uo的一端连接，快速熔断器F_uo的另一端连接至三相交流输出U端，开关管S_u2的集电极与开关管S_u3的集电极相连，开关管S_u3的发射极连接至直流母线的中间点O点，开关管S_v2的发射极与快速熔断器F_vo的一端连接，快速熔断器F_vo的另一端连接至三相交流输出V端，开关管S_v2的集电极与开关管S_v3的集电极相连，开关管S_v3的发射极连接至直流母线的中间点O点，开关管S_w2的发射极与快速熔断器F_wo的一端连接，快速熔断器F_wo的另一端连接至三相交流输出W端，开关管S_w2的集电极与开关管S_w3的集电极连接，开关管S_w3的发射极连接至直流母线的中间点O点；

所述快速熔断器F_up、所述快速熔断器F_vp、所述快速熔断器F_wp、所述快速熔断器F_un、所述快速熔断器F_vn、所述快速熔断器F_wn、所述快速熔断器F_uo、所述快速熔断器F_vo和所述快速熔断器F_wo包括于所述故障隔离组件(3)。

5.根据权利要求4所述的高速列车容错型牵引变流器主电路，其特征在于，所述中间直流电路(12)包括串联的电解电容C_d1和电解电容C_d2，电解电容C_d1的正极性端与正直流母线P端连接，电解电容C_d1的负极性端连接至直流母线的中间点O点，电解电容C_d2的正极性端连接至直流母线的中间点O点，电解电容C_d2的负极性端与负直流母线N端连接。

6.根据权利要求5所述的高速列车容错型牵引变流器主电路，其特征在于，所述冗余电路(2)包括单相冗余桥臂(21)、整流侧容错桥(22)和逆变侧容错桥(23)。

7.根据权利要求6所述的高速列车容错型牵引变流器主电路，其特征在于，所述单相冗余桥臂(21)为三电平T型拓扑结构，其包括开关管S₁、开关管S₂、开关管S₃以及开关管S₄，所述开关管S₁的集电极与正直流母线P端连接，开关管S₁的发射极与开关管S₄集电极和开关管S₂的发射极连接，开关管S₄的发射极与负直流母线N端连接，开关管S₂的集电极与开关管S₃的集电极连接，开关管S₃的发射极连接至直流母线的中间点O点。

8.根据权利要求7所述的高速列车容错型牵引变流器主电路，其特征在于，所述整流侧容错桥(22)包括双向可控晶闸管T_a和双向可控晶闸管T_b，双向可控晶闸管T_a的一端连接至单相交流母线的A端，双向可控晶闸管T_b的一端连接至单相交流母线的B端，双向可控晶闸管T_a的另一端、双向可控晶闸管T_b的另一端均连接至开关管S₁的发射极。

9.根据权利要求8所述的高速列车容错型牵引变流器主电路，其特征在于，所述逆变侧容错桥(23)包括双向可控晶闸管T_u、双向可控晶闸管T_v和双向可控晶闸管T_w，所述双向可控晶闸管T_u的一端、所述双向可控晶闸管T_v的一端、所述双向可控晶闸管T_w的一端均连接至开关管S₁的发射极，所述双向可控晶闸管T_u的另一端、所述双向可控晶闸管T_v的另一端、所述双向可控晶闸管T_w的另一端分别连接至三相交流输出U端、三相交流输出V端、三相交流输出W端。

Images