CN104333038A - 城轨供电系统混合型再生能量回收方法及装置 - Google Patents

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株洲时代装备技术有限责任公司
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Abstract

本发明公开了一种用于城轨供电系统的混合型再生能量回收方法及装置,方法的步骤包括根据交流电网的故障状态确定能量回馈/吸收模式,通过控制能馈变流器在能量回馈模式下将再生制动能量回馈至交流电网,在能量吸收模式下将再生制动能量转换为直流低压电后通过能量吸收组件吸收;装置包括直流隔离开关单元、能馈变压器、变流器控制单元和至少一个变流器单元,变流器单元包括能馈变流器、能量回馈支路开关K1、能量吸收支路开关K2和三个能量吸收组件。本发明能够在交流电网故障时通过能量吸收组件吸收再生制动能量以维持直流网压稳定,不需要切断能量回收装置与直流电网的连接,提高了能量回收装置的安全可靠性,并能省去斩波器结构、节约成本。

Description

城轨供电系统混合型再生能量回收方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及城市轨道交通系统的城轨能量回收技术,具体涉及一种城轨供电系统 混合型再生能量回收方法及装置。
背景技术
[0002] 城市轨道交通的再生制动能量(列车制动时,将列车的动能转化再利用,而不是 变成热能)相当可观,约为牵引能量的30%,除了部分能量被辅助供电系统吸收,多余的能 量会通过再生制动能量回收装置吸收或再利用。目前再生制动能量利用装置可分为三类: 能量吸收装置、能量储存装置、能量回馈(将牵引电机的电动机工况转变为发电机工况,将 列车动能转化为电能,电能通过变流器反馈给供电触网,可提供给相邻运行的列车使用的 制动方式)装置。
[0003] 城轨能量回收系统中,列车制动时,直流网压抬高,当网压到达一定程度时,多余 的能量通过能馈变流器和能馈变压器,回馈至交流电网,供其他设备使用。当列车牵引导致 直流网压降低时,能量回收装置能工作在整流状态,与原有牵引系统协同工作,保持直流母 线电压稳定。
[0004] 在实际应用中,一个变电所内有且仅有一套再生能量回收装置,且不再设置其他 吸收再生制动能量的方式,变电所土建设计同样也只为一套再生能量回收装置设计放置空 间。当交流电网出现故障,再生制动能量不能再继续回馈至交流电网,只能通过再生能量回 收装置吸收,否则多余的能量将不能及时消耗,这将引起变流器电流增大、直流母线电压升 高等问题,严重时可能会损坏变流器开关器件,影响地铁的正常运行,严重影响了供电系统 的稳定性和可靠性。因此,城轨供电系统的再生能量回收装置的交流电网故障保护功能非 常重要。在城轨能量回收供电系统中,对直流侧故障的研究较多,对交流侧故障研究很少。 现有技术有以下几种方案:现有技术一:交流电网故障时,为了保护再生能量回收装置,采 取直接切断能量回收装置与交流侧、直流侧连接的措施来实现保护功能,但是突然切断能 量回收装置,再生制动能量将无法消耗,直流侧网压抬升,严重影响了系统的正常运行。现 有技术二:采用混合型能量回收(列车制动时,结合能量回馈、超级电容储能或者制动电阻 耗能两种工作方式,将再生制动能量回收再利用)装置,即采用能量回馈+制动电阻或者超 级电容储能装置,当交流电网故障时,能通过制动电阻消耗多余的能量,或者超级电容将多 余能量储存起来,但该种装置本质上不是为了解决交流电网故障问题而设计的。同时,混合 型能量回收装置中,制动电阻和超级电容都需要通过斩波器模块与直流母线相连,其中超 级电容需要双向DC/DC斩波模块,使整个装置的成本大大提高,同时增大了装置体积,变电 所的再生能量回收装置空间也会增大,土建工程量则相应增加,也大大增加了变电所建设 成本。
[0005] 众所周知,城市轨道交通供电系统的安全性和稳定性关系着乘客、运营人员、列车 设备等多方面的安全。当供电系统出现故障时,要求系统有对应的保护电路,能自动反应和 保护系统设备,保证系统的安全运行。在保证安全的前提下,供电系统应尽可能降低成本, 提高设备复用率。但是,现有技术的城轨能量回收系统中,当交流侧出现故障,混合型能量 回收装置需要制动电阻或超级电容来消耗或储存多余的再生制动能量,制动电阻和超级电 容都需要通过斩波器模块与直流侧母线相连,这将提高系统的成本。混合型能量回收装置 的结构比常规能量回馈装置复杂,控制也相对复杂。常规能量回馈供电系统则是采取断开 能馈装置的措施来保护设备,这将导致多余的再生制动能量无法消耗,直流侧网压迅速抬 升,严重影响城轨系统的安全稳定运行。
发明内容
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种能够在交流电网故障时,通过能量吸收组件 吸收再生制动能量的方式保持直流网压稳定,不需要切断能量回收装置与直流电网的连 接,安全可靠性好,并且能省去斩波器结构、节约成本的城轨供电系统混合型再生能量回收 方法及装置。
[0007] 为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
[0008] -种城轨供电系统混合型再生能量回收方法,包括如下步骤:在城轨运行状态下, 检测交流电网的故障状态,如果交流电网正常,则在列车制动时进入能量回馈模式,在能量 回馈模式下将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量通过能馈变流器转换为 交流电、再通过能馈变压器转换为指定电压的交流电后回馈至交流电网;如果所述交流电 网发生故障,则断开所述能馈变流器到交流电网之间的通路,在列车制动时进入能量吸收 模式,在能量吸收模式下将能馈变流器作为斩波器或者双向DC/DC斩波器使用,将城轨牵 引供电系统的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直流电后通过能量吸收组件吸收。
[0009] 优选地,所述在能量回馈模式下将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动 能量通过能馈变流器转换为交流电的步骤包括:
[0010] 1. 1)在能量回馈模式下,检测能馈变流器交流侧各相线路的电流ia、ib、i。及城轨 牵引供电系统的直流母线电压u d。;分别将检测得到的信号进行滤波处理;
[0011] 1. 2)通过锁相环检测交流电网的电压相位信息,根据电压相位信息将所述电流 ia、ib、i。从三相静止坐标系转换为dq两相同步旋转坐标系得到电流id和i,;
[0012] 1. 3)获取电压Ud。和预设的参考电压Utk ref之间的差值,将该差值输入PI控制器 后输出电流参考值id%设置电流参考值为〇 ;
[0013] 1.4)获取电流id、电流参考值i/之间的差值,将该差值输入PI控制器后输出电压 参考值U/ ;获取电流、电流参考值之间的差值,将该差值输入PI控制器后输出电压参 考值U/ ;在电流id的基础上构建耦合项COLid,其中L表示能馈变流器交流侧的滤波电感, ω = 2Jif,f的值为50Hz,将电网电压的d轴分量ed作为前馈补偿加上d轴耦合项c〇Lid 再减去电压参考值U/生成d轴控制信号Ud ;在电流i,的基础上构建耦合项ω Li,,其中L 表示能馈变流器交流侧的滤波电感,ω = 2 π f,f的值为50Hz,将电压参考值U/加上q轴 奉禹合项ω Liq后再取反生成q轴控制信号Uq ;
[0014] 1. 5)将d轴控制信号Ud、q轴控制信号Uq从dq两相同步旋转坐标系转换为三相 静止坐标系得到三相控制电压信号,将所述三相控制电压信号输入至空间矢量脉宽调制模 块,通过空间矢量脉宽调制模块输出的脉冲触发信号控制能馈变流器,从而将城轨牵引供 电系统的直流电网输出的再生制动能量通过能馈变流器转换为交流电。
[0015] 优选地,所述将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直 流电后通过能量吸收组件吸收的步骤包括:
[0016] 2. 1)在能量吸收模式下,检测能馈变流器靠能馈变压器侧各相线路的电流ia、ib、 i。及城轨牵引供电系统的直流母线电压ud。;分别将检测得到的信号进行滤波处理;
[0017] 2. 2)获取电压Ud。和预设的参考电压Utk ref之间的差值,将该差值输入PI控制器 后输出电流参考值作为能馈变流器靠能馈变压器侧的每一相共用的外环输出量;
[0018] 2. 3)针对能馈变流器靠能馈变压器侧的每一相,获取所述能馈变流器靠能馈变压 器侧各相线路的电流ia、i b、i。与作为共用外环输出量的电流参考值之间的差值,分别将该 差值输入PI控制器得到控制信号,将所述控制信号输出至脉宽调制模块;
[0019] 2. 4)所述能馈变流器包括并联连接的三个IGBT桥臂,每一个IGBT桥臂包括与城 轨牵引供电系统的直流电网的正极母线相连的第一 IGBT器件、与城轨牵引供电系统的直 流电网的负极母线相连的第二IGBT器件,所述第一 IGBT器件、第二IGBT器件之间串联连 接且均并联连接有续流二极管,所述第一 IGBT器件、第二IGBT器件的公共连接端作为能馈 变流器靠能馈变压器侧的一相通过滤波电感器Ll输出;保持所述第二IGBT器件处于关断 状态,通过脉宽调制模块输出的脉冲触发信号控制各个IGBT桥臂中第一 IGBT器件交替导 通,当第一 IGBT器件导通时,该个IGBT桥臂输出低压直流电并通过制动电阻吸收;当第一 IGBT器件关断时,该个IGBT桥臂通过第二IGBT器件并联的续流二极管续流;从而将城轨 牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直流电后通过制动电阻吸收。
[0020] 优选地,所述将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直 流电后通过能量吸收组件吸收的步骤包括:
[0021] 3. 1)在能量吸收模式下,检测能馈变流器靠能馈变压器侧各相线路的电流ia、ib、 i。及城轨牵引供电系统的直流母线电压Ud。;分别将检测得到的信号进行滤波处理;
[0022] 3. 2)所述能馈变流器包括并联连接的三个IGBT桥臂,每一个IGBT桥臂包括与城 轨牵引供电系统的直流电网的正极母线相连的第一 IGBT器件、与城轨牵引供电系统的直 流电网的负极母线相连的第二IGBT器件,所述第一 IGBT器件、第二IGBT器件之间串联连 接且均并联连接有续流二极管,所述第一 IGBT器件、第二IGBT器件的公共连接端作为能馈 变流器靠能馈变压器侧的一相通过滤波电感器Ll输出;在超级电容充电时,获取所述能馈 变流器靠能馈变压器侧各相线路的电流i a、ib、i。与给定的电流参考值之间的差值,分别将 该差值输入PI控制器得到控制信号,将所述控制信号输出至脉宽调制模块,通过脉宽调制 模块输出的脉冲触发信号控制关断各个IGBT桥臂中的第二IGBT器件,各个IGBT桥臂中第 一 IGBT器件和第二IGBT器件所并联的续流二极管构成降压斩波电路,将城轨牵引供电系 统的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直流电后通过超级电容吸收;
[0023] 3. 3)超级电容放电时,获取电压Ud。和预设的参考电压Utk ref之间的差值,将该差 值输入PI控制器后输出电流参考值,分别获取所述能馈变流器靠能馈变压器侧各相线路 的电流i a、ib、i。与该电流参考值之间的差值,分别将该差值输入PI控制器得到控制信号, 将所述控制信号输出至脉宽调制模块;通过脉宽调制模块输出的脉冲触发信号控制关断各 个IGBT桥臂中的第一 IGBT器件,各个IGBT桥臂中第二IGBT器件和第一 IGBT器件所并联 的续流二极管构成升压斩波电路,将所述超级电容中存储的电能以直流电的形式释放至城 轨牵引供电系统的直流电网中。
[0024] 本发明还提供一种城轨供电系统混合型再生能量回收装置,包括直流隔离开关单 元、能馈变压器、变流器控制单元和至少一个变流器单元,所述变流器单元一端通过直流隔 离开关单元与城轨供电系统的直流电网相连、另一端通过能馈变压器与交流电网相连,所 述变流器单元包括能馈变流器、能量回馈支路开关Kl、能量吸收支路开关K2和三个能量吸 收组件,所述直流隔离开关单元、能馈变流器、能量回馈支路开关Kl、能馈变压器依次相连, 每一个所述能量吸收组件一端通过能量吸收支路开关K2与能馈变流器交流侧的一相线路 相连、另一端与城轨牵引供电系统直流电网的负极母线相连,所述能馈变流器的控制端分 别与变流器控制单元相连。
[0025] 优选地,所述能馈变流器包括并联连接的滤波电容Cl和三个IGBT桥臂,每一个 IGBT桥臂包括与城轨牵引供电系统的直流电网的正极母线相连的第一 IGBT器件、与城轨 牵引供电系统的直流电网的负极母线相连的第二IGBT器件,所述第一 IGBT器件、第二IGBT 器件之间串联连接且均并联连接有续流二极管;所述第一 IGBT器件、第二IGBT器件的控制 端分别与变流器控制单元相连,所述第一 IGBT器件、第二IGBT器件的公共连接端作为能馈 变流器交流侧的一相通过滤波电感器Ll输出;所述直流隔离开关单元包括断路器QS、第二 滤波电抗器L2和预充电电路,所述预充电电路包括主回路接触器KM3、预充电接触器KM4和 预充电电阻Rl,所述预充电接触器KM4和预充电电阻Rl串联连接后与主回路接触器KM3并 联连接,所述能馈变流器直流侧的正极输入端依次通过预充电电路、第二滤波电抗器L2、断 路器QS与城轨牵引供电系统的直流电网正极相连,所述能馈变流器直流侧的负极输入端 通过断路器QS与城轨牵引供电系统的直流电网负极相连。
[0026] 优选地,所述能量回馈支路开关K1、能量吸收支路开关K2之间设有用于实现能量 回馈支路开关K1、能量吸收支路开关K2不同时开启的开关互锁电路;所述开关互锁电路包 括第一接触器KMl和第二接触器KM2,所述第一接触器KMl的线圈KM1#1与能量回馈支路开 关Kl串联连接,所述第一接触器KMl的常闭开关KM1#2与能量吸收支路开关K2串联连接; 所述第二接触器KM2的线圈KM2#1与能量吸收支路开关K2串联连接,所述第二接触器KM2 的常闭开关KM2#2与能量回馈支路开关Kl串联连接。
[0027] 优选地,所述能量吸收组件为制动电阻R2,所述制动电阻R2的一端通过能量吸收 支路开关K2与能馈变流器的交流侧对应相线路相连,所述制动电阻R2的另一端通过一开 关K3与城轨牵引供电系统的直流网负极相连;或者所述能量吸收组件为超级电容C2,所述 超级电容C2的正极通过能量吸收支路开关K2与能馈变流器的交流侧对应相线路相连、负 极通过一常闭式直流反馈开关K4与城轨牵引供电系统的直流电网负极相连,且所述超级 电容C2还并联连接有由放电电阻R2和常开式放电开关K3串联连接形成的电容放电电路。
[0028] 本发明用于城轨供电系统的混合型再生能量回收方法具有下述优点:本发明在城 轨运行状态下,检测交流电网的故障状态,如果交流电网正常,则在列车制动时将城轨牵引 供电系统的直流电网输出的再生制动能量依次通过能馈变流器转换为交流电、通过能馈变 压器转换为指定电压的交流电后回馈至交流电网;如果交流电网发生故障,则断开能馈变 流器到交流电网之间的通路,在列车制动时将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制 动能量通过能量吸收组件吸收,因此能够根据交流电网的监测结果来实现对城轨牵引供电 系统直流电网的保护,当交流电网正常运行时,再生制动能量通过能馈变流器和能馈变压 器回馈到交流电网;当监测到交流电网故障时,迅速切断能馈变压器支路,投入能量吸收组 件吸收多余的再生制动能量,从而实现交流电网故障时对城轨牵引供电系统的直流电网的 保护功能,维持直流侧网压稳定,提高系统的安全性和稳定性,不需要切断能馈变流器与直 流电网的连接,同时能省去斩波器结构,节约成本。
[0029] 本发明用于城轨供电系统的混合型再生能量回收装置具有下述优点:本发明用于 城轨供电系统的混合型再生能量回收装置为本发明用于城轨供电系统的混合型再生能量 回收方法对应的装置,能馈变流器的交流侧和能馈变压器之间设有能量回馈支路开关K1, 能馈变流器交流侧的每一相输出线路上均连接有能量吸收支路开关K2和用于吸收再生制 动能量的能量吸收组件,能量吸收组件一端通过能量吸收支路开关K2与能馈变流器的交 流侧对应相线路相连、另一端与城轨牵引供电系统的直流电网的负极母线相连,通过上述 电路结构,如果交流电网正常,则在列车制动时将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再 生制动能量依次通过能馈变流器转换为交流电、通过能馈变压器转换为指定电压的交流电 后回馈至交流电网;如果交流电网发生故障,则断开能馈变流器到交流电网之间的通路,在 列车制动时将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量通过能量吸收组件吸收, 因此能够根据交流电网的监测结果来实现对城轨牵引供电系统直流电网的保护,当交流电 网正常运行时,再生制动能量通过能馈变流器和能馈变压器回馈到交流电网;当监测到交 流电网故障时,迅速切断能馈变压器支路,投入能量吸收组件吸收多余的再生制动能量,从 而实现交流电网故障时对城轨牵引供电系统的直流电网的保护功能,维持直流侧网压稳 定,提高系统的安全性和稳定性,不需要切断能馈变流器与直流电网的连接,同时能省去斩 波器结构,节约成本。
附图说明
[0030] 图1为本发明实施例一的方法流程示意图。
[0031] 图2为本发明实施例一中能量回馈模式下能馈变流器的控制流程示意图。
[0032] 图3为本发明实施例一中能量吸收模式下能馈变流器的控制流程示意图。
[0033] 图4为本发明实施例一的电路原理结构示意图。
[0034] 图5为本发明实施例一中开关互锁电路的电路原理结构示意图。
[0035] 图6为本发明实施例一的两个变流器单元的控制原理示意图。
[0036] 图7为本发明实施例二的电路原理结构示意图。
[0037] 图例说明:1、直流隔离开关单元;11、预充电电路;2、能馈变压器;3、变流器控制 单元;4、变流器单元;5、开关互锁电路。
具体实施方式
[0038] 实施例一:
[0039] 如图1所示,本实施例用于城轨供电系统的混合型再生能量回收方法包括如下步 骤:在城轨运行状态下,检测交流电网的故障状态,如果交流电网正常,则在列车制动时进 入能量回馈模式,在能量回馈模式下将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量 通过能馈变流器转换为交流电、再通过能馈变压器转换为指定电压的交流电后回馈至交流 电网(例如AC400V、AC 35kV、AC10kV等交流电网);如果交流电网发生故障,则断开能馈变 流器到交流电网之间的通路,在列车制动时进入能量吸收模式,在能量吸收模式下将能馈 变流器作为斩波器或者双向DC/DC斩波器使用,将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再 生制动能量转换为低压直流电后通过能量吸收组件吸收。本实施例检测交流电网的故障状 态时,根据交流电网的交流电网开关柜的开关状态以及同步信号进行检测即可,不需要额 外进行布置硬件;且在未收到结束信号时,本实施例方法会一直运行以保护直流电网。
[0040] 如图2所示,在能量回馈模式下将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动 能量通过能馈变流器转换为交流电的步骤包括:
[0041] I. 1)在能量回馈模式下,检测能馈变流器交流侧各相线路的电流ia、ib、i。及城轨 牵引供电系统的直流母线电压u d。;分别将检测得到的信号进行滤波处理;
[0042] 1. 2)通过锁相环检测交流电网的电压相位信息,根据电压相位信息将所述电流 ia、ib、i。从三相静止坐标系转换为dq两相同步旋转坐标系得到电流id和i,;
[0043] 1. 3)获取电压Ud。和预设的参考电压Utk ref之间的差值,将该差值输入PI控制器 后输出电流参考值id%设置电流参考值为〇 ;
[0044] 1.4)获取电流id、电流参考值i/之间的差值,将该差值输入PI控制器后输出电压 参考值U/ ;获取电流、电流参考值之间的差值,将该差值输入PI控制器后输出电压参 考值U/ ;在电流id的基础上构建耦合项c〇Lid,其中L表示能馈变流器交流侧的滤波电感, ω = 2Jif,f的值为50Hz,将电网电压的d轴分量ed作为前馈补偿加上d轴耦合项c〇Lid 再减去电压参考值U/生成d轴控制信号Ud ;在电流i,的基础上构建耦合项ω Li,,其中L 表示能馈变流器交流侧的滤波电感,ω = 2 π f,f的值为50Hz,将电压参考值U/加上q轴 耦合项ω Li,后再取反生成q轴控制信号Uq ;图2中生成q轴控制信号Uq时,输入还包括值 为〇的交流电网的电网电压q轴分量eq;
[0045] 1. 5)将d轴控制信号Ud、q轴控制信号Uq从dq两相同步旋转坐标系转换为三相 静止坐标系得到三相控制电压信号,将三相控制电压信号输入至空间矢量脉宽调制模块 (SVPWM模拟,图中以SVPWM表示),通过空间矢量脉宽调制模块输出的脉冲触发信号控制能 馈变流器,从而将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量通过能馈变流器转换 为交流电。
[0046] 参见图2以及上述的步骤I. 1)〜1. 5),当交流电网正常运行时,再生能量回收装 置将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量回馈至交流电网,采用电压外环、 电流内环的双闭环控制的方式及SVPWM调制算法,从而在能量回馈模式下将城轨牵引供电 系统的直流电网输出的再生制动能量通过能馈变流器转换为交流电、再通过能馈变压器转 换为指定电压的交流电后回馈至交流电网(例如AC400V、AC 35kV、AClOkV等交流电网)。
[0047] 本实施例中,步骤1. 2)中将电流ia、ib、i。从三相静止坐标系转换为dq两相同步 旋转坐标系得到电流i d和i,时具体是根据式(1)进行变换得到。
[0048]
Figure CN104333038AD00101
[0049] 本实施例中,步骤1. 5)中将d轴控制信号Ud、q轴控制信号Uq从dq两相同步旋转 坐标系转换为三相静止坐标系得到三相控制电压信号时具体是根据式(2)进行变换得到。
[0050]
Figure CN104333038AD00111
[0051] 式(1)和式(2)中,Θ为dq两相同步旋转坐标系的d轴与通过锁相环检测得到 的交流电网的电压相位信息a相之间的夹角;u a、ub、u。分别表示得到的三相控制电压信号。
[0052] 本实施例中,通过能量吸收组件吸收具体是指通过制动电阻吸收。交流电网故障 时,PLL锁相环不能再获取电压相位信号,也不能再提供坐标变换所需的Θ角信息,会对前 述步骤I. 1)〜1. 5)的整个能馈变流器控制造成影响,因此如果直接使用能馈变流器输出 交流值制动电阻上进行吸收,则需要人工生成电压相位信号,实现非常复杂且准确度不高; 同时,能馈变流器模块工作在逆变状态时,会产生高频信号,该高频信号会对直流侧的通信 造成影响;而本实施例在能量吸收模式下将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动 能量通过作为斩波器使用的能馈变流器做转换为低压直流电后通过制动电阻吸收,因此克 服上述问题,不依赖于交流电网的电压相位信号,而且也不会对直流侧的通信造成影响。
[0053] 如图3所示,将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直 流电后通过能量吸收组件吸收的步骤包括:
[0054] 2. 1)在能量吸收模式下,检测能馈变流器靠能馈变压器侧(即能量回馈模式下的 交流侧)各相线路的电流ia、i b、i。及城轨牵引供电系统的直流母线电压Ud。;分别将检测得 到的信号进行滤波处理;
[0055] 2. 2)获取电压Ud。和预设的参考电压Utk ref之间的差值,将该差值输入PI控制器 后输出电流参考值作为能馈变流器靠能馈变压器侧的每一相共用的外环输出量;
[0056] 2. 3)针对能馈变流器靠能馈变压器侧的每一相,获取所述能馈变流器靠能馈变压 器侧各相线路的电流ia、i b、i。与作为共用外环输出量的电流参考值之间的差值,分别将该 差值输入PI控制器得到控制信号,将所述控制信号输出至脉宽调制模块(PWM模块,图中以 PWM表不);图3中仅列举以a相的线路的电流ia为例进行说明,获取电流ia以及对应的电 流参考值之间的差值,其他相的处理方法相同;
[0057] 2. 4)能馈变流器包括并联连接的三个IGBT桥臂,每一个IGBT桥臂包括与城轨牵 引供电系统的直流电网的正极母线相连的第一 IGBT器件、与城轨牵引供电系统的直流电 网的负极母线相连的第二IGBT器件,第一 IGBT器件、第二IGBT器件之间串联连接且均并 联连接有续流二极管,第一 IGBT器件、第二IGBT器件的公共连接端作为能馈变流器靠能馈 变压器侧的一相通过滤波电感器Ll输出;保持第二IGBT器件处于关断状态,通过脉宽调制 模块输出的脉冲触发信号控制各个IGBT桥臂中第一 IGBT器件交替导通,当第一 IGBT器件 导通时,该个IGBT桥臂输出低压直流电并通过制动电阻吸收;当第一 IGBT器件关断时,该 个IGBT桥臂通过第二IGBT器件并联的续流二极管续流;从而将城轨牵引供电系统的直流 电网输出的再生制动能量转换为低压直流电后通过制动电阻吸收。
[0058] 参见图3以及上述的步骤2. 1)〜2. 4),当交流电网故障时,城轨牵引供电系统的 直流电网输出的再生制动能量通过制动电阻消耗掉,采用电压外环、电流内环的双闭环控 制方法,调制算法切换至PWM算法,从而在能量吸收模式下将城轨牵引供电系统的直流电 网输出的再生制动能量通过作为斩波器使用的能馈变流器转换为低压直流电后通过能量 吸收组件吸收。
[0059] 如图4所示,本实施例的城轨供电系统混合型再生能量回收装置包括直流隔离开 关单元1、能馈变压器2、变流器控制单元3和两个变流器单元4,变流器单元4 一端通过直 流隔离开关单元1与城轨供电系统的直流电网相连、另一端通过能馈变压器2与交流电网 相连,变流器单元4包括能馈变流器、能量回馈支路开关Kl、能量吸收支路开关K2和三个能 量吸收组件,直流隔离开关单元1、能馈变流器、能量回馈支路开关Kl、能馈变压器2依次相 连,每一个能量吸收组件一端通过能量吸收支路开关K2与能馈变流器交流侧的一相线路 相连、另一端与城轨牵引供电系统直流电网的负极母线相连,能馈变流器的控制端分别与 变流器控制单元3相连。本实施例能够根据交流电网的监测结果来实现对城轨直流电网的 保护,当交流电网正常运行时,能量回馈支路开关Kl闭合、能量吸收支路开关K2断开,则在 列车制动时将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量依次通过能馈变流器转 换为交流电、通过能馈变压器2转换为指定电压的交流电后回馈至交流电网;当监测到交 流电网故障时,能量回馈支路开关Kl断开、制动电阻支路开关K2闭合,迅速切断能馈变流 器到交流电网之间的通路,投入能量吸收组件吸收再生制动能量,在列车制动时将城轨牵 引供电系统的直流电网输出的再生制动能量通过能量吸收组件吸收,从而实现交流电网故 障时对城轨牵引供电系统的直流电网的保护功能,维持直流侧网压稳定,提高系统的安全 性和稳定性,不需要切断能馈变流器与城轨牵引供电系统的直流电网的连接,同时能省去 斩波器结构,节约成本。其中,变流器控制单元3的内部控制逻辑参见图2。
[0060] 如图4所示,能馈变流器包括并联连接的滤波电容Cl和三个IGBT桥臂,每一个 IGBT桥臂包括与城轨牵引供电系统的直流电网的正极母线相连的第一 IGBT器件、与城轨 牵引供电系统的直流电网的负极母线相连的第二IGBT器件,第一 IGBT器件、第二IGBT器 件之间串联连接且均并联连接有续流二极管;第一 IGBT器件、第二IGBT器件的控制端分别 与变流器控制单元3相连,第一 IGBT器件、第二IGBT器件的公共连接端作为能馈变流器交 流侧的一相通过滤波电感器Ll输出。以第一 IGBT器件Tl、第二IGBT器件T2组成的IGBT 桥臂为例,第一 IGBT器件T1、第二IGBT器件T2之间串联连接,且第一 IGBT器件Tl并联连 接有续流二极管Dl,第二IGBT器件T2并联连接有续流二极管D2,第一 IGBT器件Tl、第二 IGBT器件T2的公共连接端作为能馈变流器交流侧的一相通过滤波电感器Ll输出,依次类 推。参见前述步骤2. 4),在能量吸收模式下,保持第二IGBT器件T2处于关断状态,通过脉 宽调制(PWM)模块输出的脉冲触发信号控制各个IGBT桥臂中第一 IGBT器件ΤΙ、T3、T5交 替导通。以第一 IGBT器件Tl为例:当第一 IGBT器件Tl导通时,该个IGBT桥臂输出低压 直流电并通过制动电阻R2吸收;当第一 IGBT器件Tl关断时,该个IGBT桥臂通过第二IGBT 器件T2并联的续流二极管D2续流;从而将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动 能量转换为低压直流电后通过制动电阻吸收。
[0061] 本实施例中,直流隔离开关单元1设于直流隔离开关柜内,如图4所示,直流隔离 开关单元1包括断路器QS、第二滤波电抗器L2和预充电电路11,预充电电路11包括主回 路接触器KM3、预充电接触器KM4和预充电电阻Rl,预充电接触器KM4和预充电电阻Rl串 联连接后与主回路接触器KM3并联连接,能馈变流器直流侧的正极输入端依次通过预充电 电路11、第二滤波电抗器L2、断路器QS与城轨牵引供电系统的直流电网正极相连,能馈变 流器直流侧的负极输入端通过断路器QS与城轨牵引供电系统的直流电网负极相连。
[0062] 如图5所示,能量回馈支路开关K1、能量吸收支路开关K2之间设有用于实现能量 回馈支路开关KU能量吸收支路开关K2不同时开启的开关互锁电路5 ;开关互锁电路5包 括第一接触器KMl和第二接触器ΚΜ2,第一接触器KMl的线圈ΚΜ1#1与能量回馈支路开关Kl 串联连接,第一接触器KMl的常闭开关ΚΜ1#2与能量吸收支路开关Κ2串联连接;第二接触 器ΚΜ2的线圈ΚΜ2#1与能量吸收支路开关Κ2串联连接,第二接触器ΚΜ2的常闭开关ΚΜ2#2 与能量回馈支路开关Kl串联连接。通过开关互锁电路5能够实现能量回馈支路开关KU能 量吸收支路开关K2之间的互锁(即不同时开启),当交流电网正常时,第一接触器KMl的线 圈KM1#1通电,从而将第一接触器KMl的常闭开关KM1#2断开,使得能量吸收组件被断开, 城轨能量回馈供电装置正常运行,能量吸收组件不会对系统造成影响;当交流电网故障时, 第二接触器KM2的线圈KM2#1通电,从而将第二接触器KM2的常闭开关KM2#2断开,切断能 馈变压器2的支路,投入能量吸收组件,使多余的再生制动能量在电阻上吸收,开关在运行 过程中不会误操作,具有安全可靠性高的优点。在启动时首先断开主回路接触器KM3、闭合 预充电接触器KM4,即可通过预充电电阻Rl给分别给能馈变流器的滤波电容Cl充电,当分 别给能馈变流器的滤波电容Cl充电充至预设值(例如为直流电网电压的80%)时,闭合主 回路接触器KM3并同时断开预充电接触器KM4,使得本实施例的装置进入待机状态。
[0063] 本实施例中,能量吸收组件为制动电阻R2,制动电阻R2的一端通过能量吸收支路 开关K2与能馈变流器的交流侧对应相线路相连,制动电阻R2的另一端通过一开关K3与城 轨牵引供电系统的直流网负极相连。
[0064] 需要说明的是,本实施例采用两个变流器单元4,此外也可以根据需要采用一个或 者多个变流器单元4。如图6所示,不论是采用包括本实施例的两个变流器单元4构成的两 重化控制结构,还是采用多个变流器单元4构成的多重化结构,都是采用共用电压外环、独 立电流内环的结构,电压外环均来自能馈变流器直流侧的电压U d。和预设的参考电压Utkref, 变流器单元4#1和变流器单元4#2的电流内环所使用的能馈变流器交流侧各相线路的电流 ia、ib、i。则各不相同。
[0065] 本实施例用于城轨供电系统的混合型再生能量回收装置的工作过程如下:在未收 到结束信号的状态下,实时检测交流电网的故障状态,如果交流电网发生故障,则控制能量 回馈支路开关Kl断开、制动电阻支路开关K2闭合,断开与城轨牵引供电系统的直流电网相 连的能馈变流器与交流电网之间的通路,将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动 能量通过能馈变流器转换为交流电压,并通过制动电阻R2将再生制动能量吸收;否则,控 制能量回馈支路开关Kl打开、能量吸收支路开关K2关闭,连通城轨牵引供电系统的直流 电网到交流电网之间的通路,将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量通过能 馈变流器转换为交流电压,并通过能馈变压器2转换为指定电压的交流电后回馈至交流电 网。综上,本实施例能够有效防止由于交流电网断开引起的能馈变流器电流增大、城轨直流 电网的直流母线电压升高等问题,能维持直流侧网压稳定,保证城轨供电系统的正常运行, 并确保能量回收装置的稳定性和可靠性,相比能量回馈+制动电阻混合型能量回收装置, 省去了斩波器模块,节约了成本。
[0066] 实施例二:
[0067] 本实施例与实施例一基本相同,其主要区别点为对于再生制动能量的吸收方式以 及结构不同。
[0068] 如图7所示,本实施例中,能量吸收组件为超级电容C2,超级电容C2的正极通过 能量吸收支路开关K2与能馈变流器的交流侧对应相线路相连、负极通过一常闭式直流反 馈开关Κ4与城轨牵引供电系统的直流电网负极相连,且超级电容C2还并联连接有由放电 电阻R2和常开式放电开关Κ3串联连接形成的电容放电电路。因此,本实施例中,通过能量 吸收组件吸收具体是指通过超级电容吸收。放电电阻R2和常开式放电开关Κ3构成超级电 容C2的电容放电回路,超级电容C2自带的控制系统有保护超级电容不过充过放功能,因 此在本实施例用于城轨供电系统的混合型再生能量回收装置在对超级电容C2进行充电或 者放电的过程中,常开式放电开关Κ3处于断开状态,放电电阻R2和常开式放电开关Κ3构 成的电容放电回路在超级电容充放电过程中都不需要使用,只在装置停机前使用。当交流 电网故障排除,要恢复交流电时,需先将本实施例用于城轨供电系统的混合型再生能量回 收装置停机,再恢复交流电,停机前为了保证超级电容C2上的剩余电量释放至安全电压以 下,则可接通常开式放电开关Κ3,使得与超级电容C2并联的放电电阻R2和常开式放电开关 Κ3构成的电容放电回路对超级电容进行放电,在超级电容的剩余电量释放至安全电压以下 时,则将本实施例用于城轨供电系统的混合型再生能量回收装置停机断电,再恢复交流电, 从而实现交流网故障恢复过程中对城轨牵引供电系统的直流电网的保护。
[0069] 而且本实施例中,将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量转换为低 压直流电后通过能量吸收组件吸收的步骤包括:
[0070] 3. 1)在能量吸收模式下,检测能馈变流器靠能馈变压器2侧(即能量回馈模式下 的交流侧)各相线路的电流ia、i b、i。及城轨牵引供电系统的直流母线电压Ud。;分别将检测 得到的信号进行滤波处理;
[0071] 3. 2)所述能馈变流器包括并联连接的三个IGBT桥臂,每一个IGBT桥臂包括与城 轨牵引供电系统的直流电网的正极母线相连的第一 IGBT器件、与城轨牵引供电系统的直 流电网的负极母线相连的第二IGBT器件,所述第一 IGBT器件、第二IGBT器件之间串联连 接且均并联连接有续流二极管,所述第一 IGBT器件、第二IGBT器件的公共连接端作为能馈 变流器靠能馈变压器2侧的一相通过滤波电感器Ll输出;在超级电容充电时,获取所述能 馈变流器靠能馈变压器2侧各相线路的电流i a、ib、i。与给定的电流参考值之间的差值,分 别将该差值输入PI控制器得到控制信号,将所述控制信号输出至脉宽调制模块,通过脉宽 调制模块输出的脉冲触发信号控制关断各个IGBT桥臂中的第二IGBT器件,各个IGBT桥臂 中第一 IGBT器件和第二IGBT器件所并联的续流二极管构成降压斩波电路,将城轨牵引供 电系统的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直流电后通过超级电容吸收;
[0072] 3. 3)超级电容放电时,获取电压Ud。和预设的参考电压Utk ref之间的差值,将该差 值输入PI控制器后输出电流参考值,分别获取所述能馈变流器靠能馈变压器2侧各相线路 的电流i a、ib、i。与该电流参考值之间的差值,分别将该差值输入PI控制器得到控制信号, 将所述控制信号输出至脉宽调制模块;通过脉宽调制模块输出的脉冲触发信号控制关断各 个IGBT桥臂中的第一 IGBT器件,各个IGBT桥臂中第二IGBT器件和第一 IGBT器件所并联 的续流二极管构成升压斩波电路,将所述超级电容中存储的电能以直流电的形式释放至城 轨牵引供电系统的直流电网中。
[0073] 以第一 IGBT器件Tl、第二IGBT器件T2组成的IGBT桥臂为例,当超级电容充电 时,第一 IGBT器件Tl和第二IGBT器件T2所并联的续流二极管D2构成降压斩波电路,当 超级电容放电时,第二IGBT器件T2和第一 IGBT器件Tl所并联的续流二极管Dl构成升压 斩波电路。同样,其他IGBT桥臂以此类推。参见上述的步骤3. 1)〜3. 4),本实施例与实 施例一不同点为3. 2)直接使用给定的电流参考值ia Mf来进行电流内环处理,不再通过电 压外环来获取电流参考值ia*。当交流电网故障时,城轨牵引供电系统的直流电网输出的 再生制动能量通过超级电容进行能量回收,超级电容充电时,采用电流闭环控制,超级电容 放电时,采用电压外环、电流内环的双闭环控制,充放电过程调制算法为PWM算法,从而在 能量吸收模式下将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量通过作为双向DC/DC 斩波器使用的能馈变流器转换为低压直流电后通过能量吸收组件吸收。
[0074] 此外,本实施例中充放电过程都对超级电容电压进行限幅控制、限幅控制即控制 超级电容不过充过放,具体是指在超级电容充电时,会设置一个充电预设值,当超级电容的 电压达到该预设值时,则控制超级电容进行涓流充电(保持连续小电流充电);在超级电容 放电时,同样会设置一个放电预设值,当超级电容电压降到放电预设值时,则控制超级电容 停止放电。
[0075] 本实施例用于城轨供电系统的混合型再生能量回收装置的工作过程如下:在城轨 运行状态下,检测交流电网的故障状态,如果交流电网正常,则控制能量回馈支路开关Kl 闭合、能量吸收支路开关K2断开,在列车制动时将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再 生制动能量依次通过能馈变流器转换为交流电、通过能馈变压器2转换为指定电压的交流 电后回馈至交流电网;如果交流电网发生故障,则控制能量回馈支路开关Kl断开、能量吸 收支路开关K2闭合,断开能馈变流器到交流电网之间的通路,在列车制动时将城轨牵引供 电系统的直流电网输出的再生制动能量通过超级电容C2吸收,列车牵引时将超级电容C2 储存的能量释放至城轨牵引供电系统的直流电网。在未收到结束信号时,本实施例用于城 轨供电系统的混合型再生能量回收装置会一直运行以保护直流电网,保持直流侧网压稳 定。本实施例和实施例一同样也能够有效防止由于交流电网断开引起的能馈变流器电流增 大、城轨牵引供电系统的直流电网中直流母线电压升高等问题,保持直流侧网压稳定,保证 城轨供电系统的正常运行,提高了能量回收装置的稳定性和可靠性;此外,本实施例能够在 交流网故障时对多余的再生制动能量进行吸收再利用,并提高了能馈变流器的复用率,相 比能量回馈+超级电容储能的混合型能量回收装置,省去了双向DC/DC斩波模块,节约了成 本。
[0076] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施 例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域 的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1. 一种城轨供电系统混合型再生能量回收方法,其特征在于包括如下步骤:在城轨运 行状态下,检测交流电网的故障状态,如果交流电网正常,则在列车制动时进入能量回馈模 式,在能量回馈模式下将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量通过能馈变流 器转换为交流电、再通过能馈变压器转换为指定电压的交流电后回馈至交流电网;如果所 述交流电网发生故障,则断开所述能馈变流器到交流电网之间的通路,在列车制动时进入 能量吸收模式,在能量吸收模式下将能馈变流器作为斩波器或者双向DC/DC斩波器使用, 将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直流电后通过能量吸收 组件吸收。
2. 根据权利要求1所述的城轨供电系统混合型再生能量回收方法,其特征在于,所述 在能量回馈模式下将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量通过能馈变流器 转换为交流电的步骤包括: 1. 1)在能量回馈模式下,检测能馈变流器交流侧各相线路的电流ia、ib、i。及城轨牵引 供电系统的直流母线电压Ud。;分别将检测得到的信号进行滤波处理; 1. 2)通过锁相环检测交流电网的电压相位信息,根据电压相位信息将所述电流ia、ib、 i。从三相静止坐标系转换为dq两相同步旋转坐标系得到电流id和; 1. 3)获取电压Ud。和预设的参考电压Udc; Mf之间的差值,将该差值输入PI控制器后输 出电流参考值i/,设置电流参考值为〇 ; 1. 4)获取电流id、电流参考值i/之间的差值,将该差值输入PI控制器后输出电压参 考值U/ ;获取电流、电流参考值之间的差值,将该差值输入PI控制器后输出电压参考 值U/ ;在电流id的基础上构建耦合项《Lid,其中L表示能馈变流器交流侧的滤波电感,《 = 2Jif,f的值为50Hz,将电网电压的d轴分量ed作为前馈补偿加上d轴耦合项《Lid再 减去电压参考值U/生成d轴控制信号Ud ;在电流的基础上构建耦合项《 Liq,其中L表 示能馈变流器交流侧的滤波电感,《= 2 f,f的值为50Hz,将电压参考值U/加上q轴耦 合项co Liq后再取反生成q轴控制信号Uq ; 1. 5)将d轴控制信号Ud、q轴控制信号Uq从dq两相同步旋转坐标系转换为三相静止 坐标系得到三相控制电压信号,将所述三相控制电压信号输入至空间矢量脉宽调制模块, 通过空间矢量脉宽调制模块输出的脉冲触发信号控制能馈变流器,从而将城轨牵引供电系 统的直流电网输出的再生制动能量通过能馈变流器转换为交流电。
3. 根据权利要求1或2所述的城轨供电系统混合型再生能量回收方法,其特征在于: 所述通过能量吸收组件吸收具体是指通过制动电阻吸收。
4. 根据权利要求3所述的城轨供电系统混合型再生能量回收方法,其特征在于,所述 将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直流电后通过能量吸收 组件吸收的步骤包括: 2. 1)在能量吸收模式下,检测能馈变流器靠能馈变压器侧各相线路的电流ia、i b、i。及 城轨牵引供电系统的直流母线电压Ud。;分别将检测得到的信号进行滤波处理; 2. 2)获取电压Ud。和预设的参考电压Udc; Mf之间的差值,将该差值输入PI控制器后输 出电流参考值作为能馈变流器靠能馈变压器侧的每一相共用的外环输出量; 2. 3)针对能馈变流器靠能馈变压器侧的每一相,获取所述能馈变流器靠能馈变压器侧 各相线路的电流ia、ib、i。与作为共用外环输出量的电流参考值之间的差值,分别将该差值 输入PI控制器得到控制信号,将所述控制信号输出至脉宽调制模块; 2. 4)所述能馈变流器包括并联连接的三个IGBT桥臂,每一个IGBT桥臂包括与城轨牵 引供电系统的直流电网的正极母线相连的第一 IGBT器件、与城轨牵引供电系统的直流电 网的负极母线相连的第二IGBT器件,所述第一 IGBT器件、第二IGBT器件之间串联连接且 均并联连接有续流二极管,所述第一 IGBT器件、第二IGBT器件的公共连接端作为能馈变流 器靠能馈变压器侧的一相通过滤波电感器L1输出;保持所述第二IGBT器件处于关断状态, 通过脉宽调制模块输出的脉冲触发信号控制各个IGBT桥臂中第一 IGBT器件交替导通,当 第一 IGBT器件导通时,该个IGBT桥臂输出低压直流电并通过制动电阻吸收;当第一 IGBT 器件关断时,该个IGBT桥臂通过第二IGBT器件并联的续流二极管续流;从而将城轨牵引供 电系统的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直流电后通过制动电阻吸收。
5. 根据权利要求1或2所述的城轨供电系统混合型再生能量回收方法,其特征在于: 所述通过能量吸收组件吸收具体是指通过超级电容吸收。
6. 根据权利要求5所述的城轨供电系统混合型再生能量回收方法,其特征在于,所述 将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直流电后通过能量吸收 组件吸收的步骤包括: 3. 1)在能量吸收模式下,检测能馈变流器靠能馈变压器侧各相线路的电流ia、i b、i。及 城轨牵引供电系统的直流母线电压Ud。;分别将检测得到的信号进行滤波处理; 3. 2)所述能馈变流器包括并联连接的三个IGBT桥臂,每一个IGBT桥臂包括与城轨牵 引供电系统的直流电网的正极母线相连的第一 IGBT器件、与城轨牵引供电系统的直流电 网的负极母线相连的第二IGBT器件,所述第一 IGBT器件、第二IGBT器件之间串联连接且 均并联连接有续流二极管,所述第一 IGBT器件、第二IGBT器件的公共连接端作为能馈变流 器靠能馈变压器侧的一相通过滤波电感器L1输出;在超级电容充电时,获取所述能馈变流 器靠能馈变压器侧各相线路的电流ia、ib、i。与给定的电流参考值之间的差值,分别将该差 值输入PI控制器得到控制信号,将所述控制信号输出至脉宽调制模块;通过脉宽调制模块 输出的脉冲触发信号控制关断各个IGBT桥臂中的第二IGBT器件,各个IGBT桥臂中第一 IGBT器件和第二IGBT器件所并联的续流二极管构成降压斩波电路,将城轨牵引供电系统 的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直流电后通过超级电容吸收; 3. 3)超级电容放电时,获取电压Ud。和预设的参考电压Udc; Mf之间的差值,将该差值输 入PI控制器后输出电流参考值,分别获取所述能馈变流器靠能馈变压器侧各相线路的电 流ia、ib、i。与该电流参考值之间的差值,分别将该差值输入PI控制器得到控制信号,将 所述控制信号输出至脉宽调制模块,通过脉宽调制模块输出的脉冲触发信号控制关断各个 IGBT桥臂中的第一 IGBT器件,各个IGBT桥臂中第二IGBT器件和第一 IGBT器件所并联的 续流二极管构成升压斩波电路,将所述超级电容中存储的电能以直流电的形式释放至城轨 牵引供电系统的直流电网中。
7. -种城轨供电系统混合型再生能量回收装置,其特征在于:包括直流隔离开关单元 (1) 、能馈变压器(2)、变流器控制单元(3)和至少一个变流器单元(4),所述变流器单元(4) 一端通过直流隔离开关单元(1)与城轨供电系统的直流电网相连、另一端通过能馈变压器 (2) 与交流电网相连,所述变流器单元(4)包括能馈变流器、能量回馈支路开关K1、能量吸 收支路开关K2和三个能量吸收组件,所述直流隔离开关单元(1)、能馈变流器、能量回馈支 路开关K1、能馈变压器(2)依次相连,每一个所述能量吸收组件一端通过能量吸收支路开 关K2与能馈变流器交流侧的一相线路相连、另一端与城轨牵引供电系统直流电网的负极 母线相连,所述能馈变流器的控制端分别与变流器控制单元(3)相连。
8. 根据权利要求7所述的城轨供电系统混合型再生能量回收装置,其特征在于:所述 能馈变流器包括并联连接的滤波电容C1和三个IGBT桥臂,每一个IGBT桥臂包括与城轨牵 引供电系统的直流电网的正极母线相连的第一 IGBT器件、与城轨牵引供电系统的直流电 网的负极母线相连的第二IGBT器件,所述第一 IGBT器件、第二IGBT器件之间串联连接且 均并联连接有续流二极管;所述第一 IGBT器件、第二IGBT器件的控制端分别与变流器控制 单元(3)相连,所述第一 IGBT器件、第二IGBT器件的公共连接端作为能馈变流器交流侧的 一相通过滤波电感器L1输出;所述直流隔离开关单元(1)包括断路器QS、第二滤波电抗器 L2和预充电电路(11),所述预充电电路(11)包括主回路接触器KM3、预充电接触器KM4和 预充电电阻R1,所述预充电接触器KM4和预充电电阻R1串联连接后与主回路接触器KM3并 联连接,所述能馈变流器直流侧的正极输入端依次通过预充电电路(11)、第二滤波电抗器 L2、断路器QS与城轨牵引供电系统的直流电网正极相连,所述能馈变流器直流侧的负极输 入端通过断路器QS与城轨牵引供电系统的直流电网负极相连。
9. 根据权利要求8所述的城轨供电系统混合型再生能量回收装置,其特征在于:所述 能量回馈支路开关K1、能量吸收支路开关K2之间设有用于实现能量回馈支路开关K1、能量 吸收支路开关K2不同时开启的开关互锁电路(5);所述开关互锁电路(5)包括第一接触器 KM1和第二接触器KM2,所述第一接触器KM1的线圈KM1#1与能量回馈支路开关K1串联连 接,所述第一接触器KM1的常闭开关KM1#2与能量吸收支路开关K2串联连接;所述第二接 触器KM2的线圈KM2#1与能量吸收支路开关K2串联连接,所述第二接触器KM2的常闭开关 KM2#2与能量回馈支路开关K1串联连接。
10. 根据权利要求7或8或9所述的城轨供电系统混合型再生能量回收装置,其特征 在于:所述能量吸收组件为制动电阻R2,所述制动电阻R2的一端通过能量吸收支路开关K2 与能馈变流器的交流侧对应相线路相连,所述制动电阻R2的另一端通过一开关K3与城轨 牵引供电系统的直流网负极相连;或者所述能量吸收组件为超级电容C2,所述超级电容C2 的正极通过能量吸收支路开关K2与能馈变流器的交流侧对应相线路相连、负极通过一常 闭式直流反馈开关K4与城轨牵引供电系统的直流电网负极相连,且所述超级电容C2还并 联连接有由放电电阻R2和常开式放电开关K3串联连接形成的电容放电电路。
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