一种四流制辅助变流器、供电方法及系统与流程

1.本发明涉及动车组技术领域，具体涉及一种四流制辅助变流器、供电方法及系统。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，动车已经成为人们日常出行的主要交通方式之一，世界上各个国家也在大力发展自身的动车组网络。
3.由于不同国家的供电制式不同，比如欧洲的一些国家，这些国家的国土面积较小，动车在运行过程中难免会碰到供电制式的变化，而目前的辅助变流器只能适应单一供电制式，不能适应多种供电制式的运行条件情况。
4.因此，开发满足多种供电制式的辅助变流器，是现如今亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例提供一种四流制辅助变流器、供电方法及系统，以适应多种供电制式的运行条件情况。
6.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
7.本发明实施例第一方面公开一种四流制辅助变流器，所述四流制辅助变流器包括：第一开关、电抗器、中间电路、变压器和滤波电路；
8.所述第一开关的第一端与第一供电端口连接，所述第一开关的第二端通过所述电抗器与所述中间电路的正输入端连接；
9.所述中间电路的负输入端与第二供电端口连接，所述中间电路的输出端与所述变压器的输入端连接；
10.所述变压器的输出端与所述滤波电路并联，所述变压器的输出端与电机连接。
11.优选的，所述中间电路包括：整流电路、第一电容和逆变电路；
12.所述第一开关的第二端通过所述电抗器与所述整流电路的正输入端连接；
13.所述整流电路的负输入端与所述第二供电端口连接，所述整流电路的输出端与所述第一电容并联；
14.所述逆变电路的输入端与所述第一电容并联，所述逆变电路的输出端与所述变压器的输入端连接。
15.优选的，所述整流电路包括：第一开关模组、第二开关模组、第三开关模组、第四开关模组、第五开关模组、第六开关模组、第七开关模组、第八开关模组、第一钳位二极管、第二钳位二极管、第三钳位二极管和第四钳位二极管，所述第一开关模组至所述第八开关模组分别由绝缘栅双极晶体管igbt和二极管集成得到；
16.所述第一开关模组的集电极分别与所述第五开关模组的集电极和所述第一电容的第一端连接，所述第一开关模组的发射极分别与所述第一钳位二极管的负极和所述第二开关模组的集电极连接；
17.所述第二开关模组的发射极与所述第三开关模组的集电极连接，所述第一开关的
第二端通过所述电抗器与所述第二开关模组的发射极连接；
18.所述第三开关模组的发射极分别与所述第二钳位二极管的正极和所述第四开关模组的集电极连接，所述第二钳位二极管的负极和所述第一钳位二极管的正极连接；
19.所述第四开关模组的发射极分别与所述第八开关模组的发射极和所述第一电容的第二端连接；
20.所述第五开关模组的发射极分别与所述第三钳位二极管的负极和所述第六开关模组的集电极连接；
21.所述第六开关模组的发射极分别与所述第二供电端口和所述第七开关模组的集电极连接；
22.所述第七开关模组的发射极分别与所述第四钳位二极管的正极和所述第八开关模组的集电极连接，所述第四钳位二极管的负极和所述第三钳位二极管的正极连接。
23.优选的，所述逆变电路包括：第九开关模组、第十开关模组、第十一开关模组、第十二开关模组、第十三开关模组和第十四开关模组，所述第九开关模组至所述第十四开关模组分别由igbt和二极管集成得到；
24.所述第九开关模组的集电极分别与所述第一电容的第一端、所述第十一开关模组的集电极和所述第十三开关模组的集电极连接，所述第九开关模组的发射极分别与所述第十开关模组的集电极和所述变压器的第一子输入端连接；
25.所述第十一开关模组的发射极分别与所述第十二开关模组的集电极和所述变压器的第二子输入端连接；
26.所述第十三开关模组的发射极分别与所述第十四开关模组的集电极和所述变压器的第三子输入端连接；
27.所述第十开关模组的发射极分别与所述第一电容的第二端、所述第十二开关模组的发射极和所述第十四开关模组的发射极连接。
28.优选的，所述滤波电路包括：第二电容、第三电容和第四电容；
29.所述第二电容的第一端与所述变压器的第一子输出端连接，所述第三电容的第一端与所述变压器的第二子输出端连接，所述第四电容的第一端与所述变压器的第三子输出端连接；
30.所述第二电容的第二端分别与所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端连接。
31.优选的，所述四流制辅助变流器还包括：第二开关和第一电阻；
32.所述第二开关的第一端与所述第一开关的第一端连接，所述第二开关的第二端通过所述第一电阻与所述第一开关的第二端连接。
33.优选的，所述四流制辅助变流器还包括：接触器；
34.所述变压器的输出端通过所述接触器与所述电机连接。
35.优选的，所述整流电路还包括：第五电容；
36.所述第一电容的第一端与所述整流电路的第一输出端连接；
37.所述第五电容的第一端分别与所述第一电容的第二端、所述第一钳位二极管的正极和所述第三钳位二极管的正极连接，所述第五电容的第二端与所述整流电路的第二输出端连接。
38.优选的，所述中间电路还包括：第二电阻和第三电阻；
39.所述第二电阻的第一端和所述第一电容的第一端连接；
40.所述第二电阻的第二端分别与所述第三电阻的第一端和所述第一电容的第二端连接，所述第三电阻的第二端与所述第五电容的第二端连接。
41.优选的，所述中间电路还包括：第一电压传感器；
42.所述第一电压传感器的第一端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电压传感器的第二端与所述第五电容的第二端连接。
43.优选的，所述四流制辅助变流器还包括：熔断器；
44.所述第一开关的第一端通过所述熔断器与所述第一供电端口连接。
45.本发明实施例第二方面公开一种供电方法，所述方法适用于本发明实施例第一方面公开的四流制辅助变流器，所述方法包括：
46.接收切换供电模式的切换指令，所述供电模式为：ac25kv/50hz供电模式、ac15kv/16.7hz供电模式、dc3000v供电模式或dc1500v供电模式；
47.根据所述切换指令，控制所述四流制辅助变流器对应的元器件的开合状态，切换所述四流制辅助变流器的供电模式，使所述四流制辅助变流器输出预设的输出电压。
48.优选的，所述根据所述切换指令，控制所述四流制辅助变流器对应的元器件的开合状态，切换所述四流制辅助变流器的供电模式，使所述四流制辅助变流器输出预设的输出电压，包括：
49.根据所述切换指令，闭合所述第一开关和控制所述中间电路中的各个开关模组的开合状态；
50.切换所述四流制辅助变流器的供电模式，使所述四流制辅助变流器输出ac400v的输出电压。
51.本发明实施例第三方面公开一种供电系统，所述系统适用于本发明实施例第一方面公开的四流制辅助变流器，所述系统包括：
52.接收单元，用于接收切换供电模式的切换指令，所述供电模式为：ac25kv/50hz供电模式、ac15kv/16.7hz供电模式、dc3000v供电模式或dc1500v供电模式；
53.控制单元，用于根据所述切换指令，控制所述四流制辅助变流器对应的元器件的开合状态，切换所述四流制辅助变流器的供电模式，使所述四流制辅助变流器输出预设的输出电压。
54.优选的，所述控制单元具体用于：根据所述切换指令，闭合所述第一开关和控制所述中间电路中的各个开关模组的开合状态，切换所述四流制辅助变流器的供电模式，使所述四流制辅助变流器输出ac400v的输出电压。
55.基于上述本发明实施例提供的一种四流制辅助变流器、供电方法及系统，该四流制辅助变流器包括：第一开关、电抗器、中间电路、变压器和滤波电路。通过切换指令控制四流制辅助变流器对应的元器件的开合状态，选择四流制辅助变流器的供电模式切换为ac25kv/50hz供电模式、ac15kv/16.7hz供电模式、dc3000v供电模式或dc1500v供电模式，使四流制辅助变流器输出预设的输出电压，从而满足多种供电制式的运行条件情况。
附图说明
56.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
57.图1为本发明实施例提供的一种四流制辅助变流器的结构示意图；
58.图2为本发明实施例提供的一种四流制辅助变流器的另一结构示意图；
59.图3为本发明实施例提供的一种四流制辅助变流器的又一结构示意图；
60.图4为本发明实施例提供的三电平boost变换电路示意图；
61.图5为本发明实施例提供的三电平boost等效电路示意图；
62.图6为本发明实施例提供的三电平pwm整流器电路示意图；
63.图7为本发明实施例提供的pwm整流器等效模型示意图；
64.图8为本发明实施例提供的pwm整流器等效模型电压关系示意图；
65.图9为本发明实施例提供的一种四流制辅助变流器的再一结构示意图；
66.图10为本发明实施例提供的一种供电方法的流程图；
67.图11为本发明实施例提供的一种供电系统的结构框图。
具体实施方式
68.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
69.在本技术中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
70.由背景技术可知，由于不同国家的供电制式不同，动车在运行过程中难免会碰到供电制式的变化，而目前的辅助变流器只能适应单一供电制式，不能适应多种供电制式的运行条件情况。
71.因此，本发明实施例提供一种四流制辅助变流器、供电方法及系统，通过切换指令控制四流制辅助变流器对应的元器件的开合状态，选择四流制辅助变流器的供电模式切换为ac25kv/50hz供电模式、ac15kv/16.7hz供电模式、dc3000v供电模式或dc1500v供电模式，使四流制辅助变流器输出预设的输出电压，以满足多种供电制式的运行条件情况。
72.为更好理解本发明实施例中所涉及的不同供电模式的内容，通过表1对不同供电模式进行解释说明，需要说明的是，表1中的内容仅用于举例说明。
73.表1：
[0074][0075]
参见图1，示出了本发明实施例提供的一种四流制辅助变流器的结构示意图，四流制辅助变流器包括：第一开关100、电抗器200、中间电路300、变压器400和滤波电路500。
[0076]
第一开关100的第一端与第一供电端口连接，第一开关100的第二端通过电抗器200与中间电路300的正输入端连接。
[0077]
也就是说，第一开关100的第二端与电抗器200的第一端连接，电抗器200的第二端与中间电路300的正输入端连接。
[0078]
可以理解的是，第一开关100为短接接触器，用于控制四流制辅助变流器的输入电路的开通及关断，电抗器200具有限流、滤波和脉冲宽度调制(pulse widthmodulation，pwm)整流升压等功能。
[0079]
中间电路300的负输入端与第二供电端口连接，中间电路300的输出端与变压器400的输入端连接。
[0080]
可以理解的是，通过第一供电端口和第二供电端口，向四流制辅助变流器提供对应的输入电压，变压器400为隔离变压器(带漏感)，变压器400至少具有降压及滤波功能。
[0081]
变压器400的输出端与滤波电路500并联，变压器的输出端与电机连接。
[0082]
需要说明的是，滤波电路500用于进行lc滤波。
[0083]
可以理解的是，在不同的供电模式下，控制中间电路300中各个元器件的开合状态，使中间电路300输出预设的输出电压(输入变压器400的电压)，比如使中间电路300输出ac1414v(3ac1414v)，通过预设的变压器400的变比，使变压器400输出预设的输出电压(比如ac400v)，即变压器400的变比为1414v:400v，变压器400输出预设的输出电压为电机供电。
[0084]
也就是说，在ac25kv/50hz供电模式、ac15kv/16.7hz供电模式、dc3000v供电模式或dc1500v供电模式下，输入四流制辅助变流器的输入电压经过第一开关100(第一开关100此时为闭合状态)、电抗器200和中间电路300的处理，中间电路300输出的最低输出电压为ac1414v，此时变压器400的变比为1414v:400v，变压器400输出ac400v的电压，从而为动车组的电机供电。
[0085]
需要说明的是，上述关于变压器400的变比的内容仅用于举例说明，变压器400的变比可根据实际情况进行设置。
[0086]
在本发明实施例中，在不同供电模式下，通过控制中间电路300中各个元器件的开合状态，使中间电路300输出预设的输出电压，并通过变压器400输出预设的输出电压为电机供电，从而满足多种供电制式的运行条件情况。
[0087]
优选的，结合图1，参见图2，示出了本发明实施例提供的一种四流制辅助变流器的另一结构示意图，中间电路300包括：整流电路(图2中的conv)、第一电容(图2中的c1)和逆变电路(图2中的inv)。
[0088]
可以理解的是，第一电容(c1)用于lc滤波和储能。
[0089]
第一开关100的第二端通过电抗器200与整流电路(conv)的正输入端连接。
[0090]
整流电路的负输入端与第二供电端口连接，整流电路的输出端与第一电容(c1)并联。
[0091]
逆变电路(inv)的输入端与第一电容并联，逆变电路的输出端与变压器400的输入端连接。
[0092]
在具体实现中，整流电路(conv)包括：第一开关模组(图2中的v1)、第二开关模组(图2中的v2)、第三开关模组(图2中的v3)、第四开关模组(图2中的v4)、第五开关模组(图2中的v5)、第六开关模组(图2中的v6)、第七开关模组(图2中的v7)、第八开关模组(图2中的v8)、第一钳位二极管(图2中的d1)、第二钳位二极管(图2中的d2)、第三钳位二极管(图2中的d3)和第四钳位二极管(图2中的d4)。
[0093]
需要说明的是，第一开关模组(v1)至第八开关模组(v8)分别由绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)和二极管集成得到，也就是说，第一开关模组(v1)至第八开关模组(v8)为整流电路中的开关元器件(集成了igbt和二极管)。
[0094]
可以理解的是，对于上述每一个开关模组(第一开关模组至第八开关模组)，每个开关模组(集成了igbt和二极管)中的元器件连接关系为：igbt的发射极与二级管的正极连接，igbt的集电极与二极管的负极连接。
[0095]
第一开关模组的集电极(第一开关模组中igbt的集电极)分别与第五开关模组的集电极和第一电容的第一端连接，第一开关模组的发射极(第一开关模组中igbt的发射极)分别与第一钳位二极管(d1)的负极和第二开关模组的集电极连接。
[0096]
第二开关模组的发射极与第三开关模组的集电极连接，第一开关100的第二端通过电抗器200与第二开关模组的发射极连接。
[0097]
第三开关模组的发射极分别与第二钳位二极管(d2)的正极和第四开关模组的集电极连接，第二钳位二极管的负极和第一钳位二极管的正极连接。
[0098]
第四开关模组的发射极分别与第八开关模组的发射极和第一电容的第二端连接。
[0099]
第五开关模组的发射极分别与第三钳位二极管(d3)的负极和第六开关模组的集电极连接。
[0100]
第六开关模组的发射极分别与第二供电端口和第七开关模组的集电极连接。
[0101]
第七开关模组的发射极分别与第四钳位二极管(d4)的正极和第八开关模组的集电极连接，第四钳位二极管的负极和第三钳位二极管的正极连接。
[0102]
在具体实现中，逆变电路(inv)包括：第九开关模组(图2中的v9)、第十开关模组(图2中的v10)、第十一开关模组(图2中的v11)、第十二开关模组(图2中的v12)、第十三开关模组(图2中的v13)和第十四开关模组(图2中的v14)。
[0103]
需要说明的是，第九开关模组(v9)至第十四开关模组(v14)分别由igbt和二极管集成得到，也就是说，第九开关模组至第十四开关模组为逆变电路中的开关元器件(集成了igbt和二极管)，关于第九开关模组至第十四开关模组的具体内容，可参见上述第一开关模组至第八开关模组的内容，在此不再进行赘述。
[0104]
第九开关模组的集电极分别与第一电容的第一端、第十一开关模组的集电极和第十三开关模组的集电极连接，第九开关模组的发射极分别与第十开关模组的集电极和变压器的第一子输入端连接。
[0105]
第十一开关模组的发射极分别与第十二开关模组的集电极和变压器的第二子输入端连接。
[0106]
第十三开关模组的发射极分别与第十四开关模组的集电极和变压器的第三子输入端连接。
[0107]
第十开关模组的发射极分别与第一电容的第二端、第十二开关模组的发射极和第十四开关模组的发射极连接。
[0108]
在具体实现中，滤波电路500包括：第二电容(图2中的c2)、第三电容(图2中的c3)和第四电容(图2中的c4)。
[0109]
第二电容(c2)的第一端与变压器400的第一子输出端连接，第三电容(c3)的第一端与变压器400的第二子输出端连接，第四电容(c4)的第一端与变压器400的第三子输出端连接。
[0110]
第二电容的第二端分别与第三电容的第二端和第四电容的第二端连接。
[0111]
结合上述内容，在不同的供电模式下，通过控制四流制辅助变流器中各个元器件(其中包括了第一开关模组至第十四开关模组)的开合状态，使逆变电路(inv)输出预设的输出电压(比如ac1414v)，并通过变压器400输出预设的输出电压(比如ac400v)，从而为动车的电机供电。
[0112]
在本发明实施例中，在不同供电模式下，控制中间电路300中各个开关模组的开关状态，使逆变电路输出ac1414v的电压，通过变压器400输出ac400v的电压为电机供电，从而满足多种供电制式的运行条件情况。
[0113]
优选的，结合图2，参见图3，示出了本发明实施例提供的一种四流制辅助变流器的又一结构示意图，其中，四流制辅助变流器还包括：第二开关600、第一电阻700、接触器800、第五电容(图3中的c5)、第二电阻(图3中的r2)、第三电阻(图3中的r3)、第一电压传感器(图3中的bv1)和熔断器900。
[0114]
第二开关600的第一端与第一开关100的第一端连接，第二开关600的第二端通过第一电阻700与第一开关100的第二端连接。
[0115]
也就是说，第二开关600和第一电阻700实现限流充电功能。
[0116]
变压器400的输出端通过接触器800与电机连接，也就是说，接触器800用于控制四流制辅助变流器与电机的连接和断开。
[0117]
第一电容的第一端与整流电路的第一输出端连接。
[0118]
第五电容(c5)的第一端分别与第一电容的第二端、第一钳位二极管的正极和第三钳位二极管的正极连接，第五电容的第二端与整流电路的第二输出端连接。
[0119]
第二电阻(r2)的第一端和第一电容的第一端连接。
[0120]
第二电阻的第二端分别与第三电阻(r3)的第一端和第一电容的第二端连接，第三电阻的第二端与第五电容的第二端连接。
[0121]
第一电压传感器(bv1)的第一端与第一电容的第一端连接，第一电压传感器的第二端与第五电容的第二端连接。
[0122]
第一开关100的第一端通过熔断器900与第一供电端口连接。
[0123]
为更好解释说明上述使四流制辅助变流器中的变压器400输出预设的输出电压，通过以下内容进行举例说明。
[0124]
在直流供电模式下(dc1500v供电模式或dc3000v供电模式)，整流电路的第一开关模组至第八开关模组中的igbt全部断开(也就是控制整流电路中的开关模组的开合状态)，输入整流电路的电压通过第一开关模组的二极管、第二开关模组的二极管、第七开关模组的二极管和第八开关模组的二极管直通，第三开关模组的二极管、第四开关模组的二极管、第五开关模组的二极管、第六开关模组的二极管、第一钳位二极管、第二钳位二极管、第三钳位二极管和第四钳位二极管反向截止，由于二极管的通态压降很小(可忽略不计)，因此输入整流电路的输入直流网压与整流电路的输出电压(中间直流电压)保持一致，也就是说，中间直流电压具有dc1500v和dc3000v的电压等级。
[0125]
结合上述表1中示出的内容，在dc1500v供电模式和dc3000v供电模式下，均存在最低网压(最低非永久网压和最低永久网压)，dc1500v供电模式的最低网压为dc1000v，dc3000v供电模式的最低网压为dc2000v。
[0126]
在未采用boost或buck电路拓扑的情况下，以及在采用同一种控制方法及死区情况下，逆变电路(图3中的inv)在最低网压(中间直流电压的最低网压)的最大输出线电压v
llrms
(逆变电路的输出线电压有效值)如公式(1)。
[0127][0128]
在公式(1)中，m为调整比，m小于等于1，ud为中间直流电压。
[0129]
在dc3000v供电模式下，中间直流电压的最低网压为2000v(ud＝2000v)，调制比为1(m＝1)，结合上述公式(1)，逆变电路的最低输出电压为ac1414v(即为3ac1414v)。在dc1500v供电模式下，中间直流电压的最低网压为1000v(ud＝1000v)，调制比为1(m＝1)，结合上述公式(1)，逆变电路的最低输出电压为ac707v(即为3ac707v)。
[0130]
在dc3000v供电模式或dc1500v供电模式下，为保证逆变电路输出的电压经过变压器400降压后，使变压器400输出ac400v(即为3ac400v，变压器400输出的电压仅用于举例说明)的目标电压，将变压器400的变比设置为1414v:400v。
[0131]
由前述内容可知，在dc3000v供电模式下，逆变电路输出的电压为ac1414v，即通过变压器400降压后，变压器400可输出ac400v的电压，但是在dc1500v供电模式下，逆变电路输出的电压为ac707v。
[0132]
因此，在dc1500v供电模式下，需要使逆变电路输出的电压为ac1414v，在dc1500v供电模式下使逆变电路输出的电压为ac1414v具体方式为：将dc1500v供电模式进行三电平boost升压成dc2000v输出，即通过三电平boost升压使整流电路输出的电压(中间直流电压)为dc2000v，从而实现在dc1500v供电模式下使逆变电路输出的电压为ac1414v。
[0133]
可以理解的是，也可以将变压器400的变比设置为707v:400v，即在dc1500v供电模
式下，逆变电路输出的电压为ac707v，即通过变压器400降压后，变压器400可输出ac400v的电压。在dc3000v供电模式下，结合上述公式(1)，将调制比设置为0.5，也可使逆变电路输出的电压为ac707v，但是降低调制比后第九开关模组至第十四开关模组的电流增加一倍，从而增加损耗。因此，通常将变压器400的变比设置为1414v:400v，并采用三电平boost升压的方式，实现在dc1500v供电模式下使逆变电路输出的电压为ac1414v。
[0134]
为更好解释说明上述涉及的三电平boost升压的方式，通过图4示出的三电平boost变换电路示意图进行解释说明，需要说明的是，图4仅用于解释说明。
[0135]
在图4中，vin为输入直流电压，l11为升压电感，q1和q2为igbt，d11和d12为升压二极管，c11和c12为输出分压电容，c11和c12容量大(大于一定值)且相等，c11和c12的电压均为输出电压vout的一半，rz为负载。
[0136]
可以理解的是，q1和q2交错工作，其驱动信号相差180度相角。通过q1和q2的开关进行占空比d的控制，可以输出需要的电压。
[0137]
在l11电感电流连续的条件下，输出电压如公式(2)。
[0138][0139]
也就是说，如果要求输出电压为dc2000v，那么输入电压为dc1000v和占空比d取0.5即可。
[0140]
为更好解释说明在dc1500v供电模式下如何利用三电平boost升压的方式，结合图3和图4，通过图5进行解释说明。
[0141]
参见图5，示出了本发明实施例提供的三电平boost等效电路示意图，在dc1500v供电模式下，整流电路中的第三开关模组和第六开关模组根据需要开通，整流电路中的其它开关模组均处于关断状态。
[0142]
其中，电抗器200为升压电感，第三开关模组和第六开关模组为两只交错开通的开关管，第二钳位二极管(d2)和第三钳位二极管(d3)直通，第一开关模组的二极管、第二开关模组的二极管、第七开关模组的二极管和第八开关模组的二极管为升压二极管，第一电容(c1)和第五电容(c5)为输出电压分压电容，rz为逆变电路(inv)的等效负载。需要说明的是，第四开关模组、第五开关模组、第一钳位二极管和第四钳位二极管对应的虚线回路表示无电流截止状态。
[0143]
进一步需要说明的是，附图5中用虚线表示的元器件(开关模组中的二级管、开关模组中的igbt和钳位二极管)指示该处(虚线部分)不通电流。
[0144]
通过控制第三开关模组和第六开关模组的igbt开关，以及调整对应的占空比即可得到需要的中间直流电压。也就是说，通过控制第三开关模组和第六开关模组的igbt开关，以及调整对应的占空比，即可使在dc1500v供电模式下整流回路输出dc2000v的中间直流电压。
[0145]
在交流供电模式(ac25kv/50hz供电模式或ac15kv/16.7hz供电模式)下，整流电路的整流等效电路如图6所示。参见图6，示出了本发明实施例提供的三电平pwm整流器电路示意图，图6中的r为逆变电路等效负载，电抗器200和整流电路(图6中的conv)组成四象限整流，进一步将三电平pwm整流器电路等效为图7所示出的pwm整流器等效模型示意图，在图7中，vin为输入电压，ul为电抗器200的电压，uab为输出电压，其中vin、ul和uab之间的关系
参见图8示出的pwm整流器等效模型电压关系示意图。
[0146]
根据图8可知，输入电压vin和电抗器200为已知量，通过控制电抗器200电压(ul)的幅值和相位即可控制uab的输出，实现中间直流升压成目标电压和保持输入功率因素为1(ul和vin相位相差90度，输入电压和输入电流同相)。
[0147]
需要说明的是，pwm整流后的中间直流电压满足即可，ud为中间直流电压，u
in
为输入交流电压的有效值。但是结合实际工程意义，中间直流电压需要满足u
inmax
为最大输入交流电压的有效值，u
inmin
为最小输入交流电压的有效值。
[0148]
可以理解的是，结合上述表1中的内容，ac25kv供电模式下的额定网压为ac1500v，最高网压为ac1740v，最低网压为ac1050v。ac15kv供电模式下的额定网压为ac1000v，最高网压为1250v，最低网压为ac700v。
[0149]
因此在ac25kv供电模式(额定网压为ac1500v)下，中间直流电压满足2460v＜ud＜3150v，其中，3150v＝3*1050v。在ac15kv供电模式(额定网压为1000v)下，中间直流电压满足1767.5v＜ud＜2100v，其中，2100v＝3*700v。
[0150]
需要说明的是，在ac25kv供电模式下，选择中间直流电压ud为dc3000v，在ac15kv供电模式下，选择中间直流电压ud为dc2000v，也就是说在交流供电模式下，中间直流电压满足2000v≤ud≤3000v，中间直流电压在dc3000v供电模式的供电范围内，即满足逆变电路的最低输出电压为ac1414v的需求，变压器400的变比为1414v:400v，因此在交流供电模式下，可使变压器400输出ac400v电压，从而为动车组的电机供电。
[0151]
可以理解的是，结合上述内容可知，整流电路(conv)实现在交流工况下ac/dc的整流功能，在ac15kv供电模式(额定网压为ac1000v)下，输出中间直流电压dc2000v，在ac25kv供电模式(额定网压为ac1500v)下，输出中间直流电压dc3000v，并且采用三电平方案使输入电抗器小型化和轻量化，降低第一开关模组至第八开关模组的电压应力。
[0152]
在dc3000v供电模式下，采用第一开关模组的二极管、第二开关模组的二极管、第七开关模组的二极管和第八开关模组的二极管直通模式，使中间直流电压范围在dc2000v至dc3000v。在dc1500v供电模式下，通过控制第三开关模组和第六开关模组的igbt的通断状态实现三电平boost升压，使升压后的中间直流电压大于等于dc2000v。
[0153]
也就是说，通过以上方式，在不同供电模式下，均可实现中间直流电压最低为dc2000v，满足逆变电路输出ac1414v的需求，从而使变压器400输出ac400v的电压。
[0154]
在本发明实施例中，在不同供电模式下，通过控制整流电路中各个开关模组的开合状态，使变压器输出预设的输出电压为电机供电，从而满足多种供电制式的运行条件情况。
[0155]
优选的，结合图3，参见图9，示出了本发明实施例提供的一种四流制辅助变流器的再一结构示意图，其中，四流制辅助变流器还包括：第二电压传感器(图9中的bv2)、第一电流传感器(图9中的ba1)、第二电流传感器(图9中的ba2)、第三电流传感器(图9中的ba3)、第四电流传感器(图9中的ba4)、第五电流传感器(图9中的ba5)、第六电流传感器(图9中的ba6)和第七电流传感器(图9中的ba7)。
[0156]
第二电压传感器(bv2)的第一端与第一开关100的第一端连接，第二电压传感器的第二端与第二供电端口连接。
[0157]
第六开关模组的发射极通过第一电流传感器(ba1)和第二供电端口连接。
[0158]
第九开关模组的发射极通过第二电流传感器(ba2)和变压器400的第一子输入端连接。
[0159]
第十一开关模组的发射极通过第三电流传感器(ba3)和变压器400的第二子输入端连接。
[0160]
第十三开关模组的发射极通过第四电流传感器(ba4)和变压器400的第三子输入端连接。
[0161]
变压器400的第一子输出端通过第五电流传感器(ba5)和接触器800的第一输入端连接。
[0162]
变压器400的第二子输出端通过第六电流传感器(ba6)和接触器800的第二输入端连接。
[0163]
变压器400的第三子输出端通过第七电流传感器(ba7)和接触器800的第三输入端连接。
[0164]
与上述本发明实施例提供的一种四流制辅助变流器相对应，参见图10，本发明实施例还提供一种供电方法的流程图，该供电方法适用于上述本发明实施例公开的四流制辅助变流器，该供电方法包括：
[0165]
步骤s1001：接收切换供电模式的切换指令。
[0166]
需要说明的是，供电模式为：ac25kv/50hz供电模式、ac15kv/16.7hz供电模式、dc3000v供电模式或dc1500v供电模式。
[0167]
也就是说，根据该切换指令，将四流制辅助变流器的供电模式切换为ac25kv/50hz供电模式、ac15kv/16.7hz供电模式、dc3000v供电模式或dc1500v供电模式。
[0168]
步骤s1002：根据切换指令，控制四流制辅助变流器对应的元器件的开合状态，切换四流制辅助变流器的供电模式，使四流制辅助变流器输出预设的输出电压。
[0169]
在具体实现步骤s1002的过程中，根据切换指令，闭合第一开关和控制中间电路中的各个开关模组的开合状态，切换四流制辅助变流器的供电模式，使四流制辅助变流器输出ac400v的输出电压。
[0170]
需要说明的是，控制四流制辅助变流器对应的元器件的开合状态使之输出ac400v的输出电压的过程，参见上述本发明实施例图1至图9中的内容，在此不再进行赘述。
[0171]
在本发明实施例中，在不同供电模式下，通过控制中间电路中各个元器件的开合状态，使中间电路输出预设的输出电压，并通过变压器输出预设的输出电压为电机供电，从而满足多种供电制式的运行条件情况。
[0172]
与上述本发明实施例提供的一种供电方法相对应，参见图11，本发明实施例还提供了一种供电系统的结构框图，该供电系统适用于上述本发明实施例公开的四流制辅助变流器，该供电系统包括：接收单元1101和控制单元1102；
[0173]
接收单元1101，用于接收切换供电模式的切换指令，供电模式为：ac25kv/50hz供电模式、ac15kv/16.7hz供电模式、dc3000v供电模式或dc1500v供电模式。
[0174]
控制单元1102，用于根据切换指令，控制四流制辅助变流器对应的元器件的开合
状态，切换四流制辅助变流器的供电模式，使四流制辅助变流器输出预设的输出电压。
[0175]
在具体实现中，控制单元1102具体用于：根据切换指令，闭合第一开关和控制中间电路中的各个开关模组的开合状态，切换四流制辅助变流器的供电模式，使四流制辅助变流器输出ac400v的输出电压。
[0176]
综上所述，本发明实施例提供一种四流制辅助变流器、供电方法及系统，通过切换指令控制四流制辅助变流器对应的元器件的开合状态，选择四流制辅助变流器的供电模式切换为ac25kv/50hz供电模式、ac15kv/16.7hz供电模式、dc3000v供电模式或dc1500v供电模式，使四流制辅助变流器输出预设的输出电压，从而满足多种供电制式的运行条件情况。
[0177]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0178]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0179]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。