CN105186918A - 基于igbt的轨道交通再生制动能量回馈双向变流电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轨道交通牵引供电技术领域，尤其是一种基于IGBT的轨道交通再生制动能量回馈双向变流电路。该电路从左往右依次为电网DC、直流隔离开关器DC-QS、双向交变流器单元AC/DC、电容C1、电抗器L1、交流断路器AC-QF、隔离变压器F、交流隔离开关器AC-QS和牵引变电站电网AC串联组成，所述双向交变流器单元AC/DC为八组并联方式连接。这种基于IGBT的轨道交通再生制动能量回馈双向变流电路，同一套装置既可以作为DC/AC的逆变使用，又可以作为AC/DC的整流使用，在不增加装置硬件配置的条件下，大大提高了装置的占空比，占空比可达95%以上。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通牵引供电技术领域，尤其是一种基于IGBT的轨道交通再生制动能量回馈双向变流电路。
背景技术
城市的交通拥挤问题在各大、中型城市日益严重。由于城市轨道交通的众多优点，具有运量大、速度快、时间准、能耗低、污染少和安全舒适等特点，因此城市轨道交通方式无疑是解决城市交通拥挤问题的一种有效手段。
目前城市轨道交通发展迅速，其相应先进技术也得到快速发展，由于城市交通其运行特点的特殊性就是运行速度快，启动、制动频繁，且制动时会产生大量的能量。
轨道交通列车的特征是其牵引电机具有再生电力制动的能力。当牵引电机采用电制动时，牵引电机同步转速降低，但是转子在列车运行时具有惯性作用，使得转子转速高于同步转速，而产生刹车转矩，此时电动机就变成发电机特性运转，因而产生再生电力能源。其再生能源一方面可供给列车各子系统本身设备外，另一方面则可供给该时段同一路线上其它正需要用电的列车推进使用，或储存于车上的电池组，当电池组容量如已饱和时，此时多余的再生电力，只好经由列车本身的制动电阻消耗。
目前制动方式主要分为两大类：一是机械制动，即动能转化成热能，主要缺点是接触面容易磨损；摩擦时产生高温可熔化烧灼踏面；摩擦后产生的粉尘严重污染环境。
二是电制动，把动能转化为电能后，再将电能送回电网或变成热能消耗掉。现在电制动主要是采用电阻吸收方式，其主要缺点是只能将电能转换为热能消耗掉，造成能源浪费，而且电阻散热会导致温度升高，因此需要增加相应的通风装置，即同时增加相应的电能消耗。
此消耗的能源若能采用某种节能方式利用，定可节省相当可观的电能，而且可以让轨道交通建造单位在初期就针对变电站容量作适当的规划，可以在未来营运时，有效降低电力设备得负载率，减少电费的支出。
目前通用的方法是利用轨旁储能蓄电池、超级电容、飞轮装置等方式予以储存利用或者逆变回馈型。但是蓄电池储能系统的充放电速度慢，使用寿命短，维护成本高，而且废弃蓄电池含有重金属，如不妥善处置会对环境造成污染；超级电容储能型系统由于其体积庞大，电容器件寿命短，投资大，耐压较低，通常需要将数个电容通过串、并联组成串联电容器组使用，控制系统复杂，并且超级电容具有一定的漏电流，充满电的电容在静止期间会缓慢放电；飞轮储能系统的飞轮是高速转动机械产品，尽管采用了真空环境和特殊轴类制造技术，但其零组件寿命容易受到机械磨损的影响而降低，能量也不能较长时间的储存，高速旋转的飞轮寿命很低，并且由于同轴度和高速旋转的问题使得飞轮有潜在发生爆炸效应的可能；逆变回馈型设备的占空比太小，只有16%-25%，导致设备长时间空置浪费。
发明内容
为了克服上述的不足，本发明提供了一种基于IGBT的轨道交通再生制动能量回馈双向变流电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于IGBT的轨道交通再生制动能量回馈双向变流电路，该电路从左往右依次为电网DC、直流隔离开关器DC-QS、双向交变流器单元AC/DC、电容C1、电抗器L1、交流断路器AC-QF、隔离变压器F、交流隔离开关器AC-QS和牵引变电站电网AC串联组成，所述双向交变流器单元AC/DC为八组并联方式连接。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，电网DC正极线路上设有直流断路器DC-QF，所述直流断路器DC-QF并联一个由直流断路器DC-QF和电阻R组成的串联电路。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述双向交变流器单元AC/DC包括2000VDC电源，所述2000VDC电源包括P极和N级，所述2000VDC电源上依次并联有VT1、VT2、VT3和放电板FB，所述放电板FB上串联有R3和R4，所述VT1和VT2之间P极线路上设有KM1，所述KM1上并联有R1、R2并联电路和充电板CB的串联电路，所述充电板CB由KM3和二极管D组成，所述放电板FB由KM4组成，所述2000VDC电源上连接九组IGBT及驱动控制器、三组串联、分成相同的三列，三列并联，每列后端串联有熔断器FUSE3-11和电抗器L2，三列形成三相电源，所述三相电源上连接有电容C2“△”电路和KM2，三相电源第一线路和第三线路上分别设有CT3和CT5串联电路以及CT4和CT6的串联电路，所述2000VDC电源的P级和N机线路上分别设有FUSE1和FUSE2。
本发明的有益效果是，这种基于IGBT的轨道交通再生制动能量回馈双向变流电路，同一套装置既可以作为DC/AC的逆变使用，又可以作为AC/DC的整流使用，在不增加装置硬件配置的条件下，大大提高了装置的占空比，占空比可达95%以上，每组双向交变流器单元AC/DC采用电流电压双闭环控制，能够保证输出交流电流波形质量；双向交变流器单元AC/DC输出呈现电流源特性，能够很好适合单元并联以达到容量扩展，采用八组双向交变流器单元AC/DC并联，每组单元独立控制，具有冗余工作的特点，即使单元出现保护，其余双向交变流器单元AC/DC仍可以正常工作，进一步提高装置运行的可靠性；每组双向交变流器单元AC/DC结构上完全一致，可以互换，这使得调试、维修非常方便。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的电路示意图；
图2是本发明的双向交变流器单元AC/DC电路示意图。
图中；
DC、电网；
DC-QS、直流隔离开关器；
AC/DC、双向交变流器单元；
C、电容；
L、电抗器；
AC-QF、交流断路器；
F、隔离变压器；
AC-QS、交流隔离开关器；
AC、牵引变电站电网；
DC-QF、直流断路器；
R、电阻；
VT、电压互感器；
FB、放电板；
CB、充电板；
KM、接触器；
D、二极管；
IGBT、绝缘栅双极型晶体管；
CT、电流互感器；
FUSE、熔断器。
具体实施方式
如图1是本发明的结构示意图，一种基于IGBT的轨道交通再生制动能量回馈双向变流电路，该电路从左往右依次为电网DC、直流隔离开关器DC-QS、双向交变流器单元AC/DC、电容C1、电抗器L1、交流断路器AC-QF、隔离变压器F、交流隔离开关器AC-QS和牵引变电站电网AC串联组成，所述双向交变流器单元AC/DC为八组并联方式连接。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，电网DC正极线路上设有直流断路器DC-QF，所述直流断路器DC-QF并联一个由直流断路器DC-QF和电阻R组成的串联电路。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述双向交变流器单元AC/DC包括2000VDC电源，所述2000VDC电源包括P极和N级，所述2000VDC电源上依次并联有VT1、VT2、VT3和放电板FB，所述放电板FB上串联有R3和R4，所述VT1和VT2之间P极线路上设有KM1，所述KM1上并联有R1、R2并联电路和充电板CB的串联电路，所述充电板CB由KM3和二极管D组成，所述放电板FB由KM4组成，所述2000VDC电源上连接九组IGBT及驱动控制器、三组串联、分成相同的三列，三列并联，每列后端串联有熔断器FUSE3-11和电抗器L2，三列形成三相电源，所述三相电源上连接有电容C2“△”电路和KM2，三相电源第一线路和第三线路上分别设有CT3和CT5串联电路以及CT4和CT6的串联电路，所述2000VDC电源的P级和N机线路上分别设有FUSE1和FUSE2。
这种基于IGBT的轨道交通再生制动能量回馈双向变流电路，直流隔离开关器DC-QS主要包括正极开关柜、负极开关柜和馈电柜等器件。分别用于双向交变流器单元AC/DC正负极电源输入、输出的接通与分断；
交流断路器AC-QS用于双向交变流器单元AC/DC交流电源输出的接通与分断；
双向交变流器单元AC/DC的主要作用是把系统瞬间刹车积聚的能量逆变成与交流电网电压同频同幅同相的交流电回送至牵引变电站电网AC-QS，或者把牵引变电站电网AC-QS的电能整流成与电网C电压同步的直流电输送到电网DC；
双向交变流器单元AC/DC分成八组，每组由九对IGBT及控制驱动器组成。每组双向双向交变流器单元AC/DC的主电路采用两电平电路拓扑；
双向交变流器单元AC/DC输出电压500V/1000VAC，经隔离变压器F变压接到35kV/22KV/10kV/400V电网。隔离变压器F低压侧(双向变流器装置侧)可以采用两个绕组，相互独立。
双向交变流器单元AC/DC设置有过压、偏压、过流、短路、超温保护功能，当某一双向交变流器单元AC/DC故障时，整机仍可以降额运行，不影响整机正常工作，同时把双向交变流器单元AC/DC的工作状态传给上位机。
双向变流器装置系统设置有电网过压、欠压、直流母线过压、欠压保护功能。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种基于IGBT的轨道交通再生制动能量回馈双向变流电路，其特征是，该电路从左往右依次为电网DC、直流隔离开关器DC-QS、双向交变流器单元AC/DC、电容C1、电抗器L1、交流断路器AC-QF、隔离变压器F、交流隔离开关器AC-QS和牵引变电站电网AC串联组成，所述双向交变流器单元AC/DC为八组并联方式连接。
2.根据权利要求1所述的基于IGBT的轨道交通再生制动能量回馈双向变流电路，其特征是，电网DC正极线路上设有直流断路器DC-QF，所述直流断路器DC-QF并联一个由直流断路器DC-QF和电阻R组成的串联电路。
3.根据权利要求1所述的基于IGBT的轨道交通再生制动能量回馈双向变流电路，其特征是，所述双向交变流器单元AC/DC包括2000VDC电源，所述2000VDC电源包括P极和N级，所述2000VDC电源上依次并联有VT1、VT2、VT3和放电板FB，所述放电板FB上串联有R3和R4，所述VT1和VT2之间P极线路上设有KM1，所述KM1上并联有R1、R2并联电路和充电板CB的串联电路，所述充电板CB由KM3和二极管D组成，所述放电板FB由KM4组成，所述2000VDC电源上连接九组IGBT及驱动控制器、三组串联、分成相同的三列，三列并联，每列后端串联有熔断器FUSE3-11和电抗器L2，三列形成三相电源，所述三相电源上连接有电容C2“△”电路和KM2，三相电源第一线路和第三线路上分别设有CT3和CT5串联电路以及CT4和CT6的串联电路，所述2000VDC电源的P级和N机线路上分别设有FUSE1和FUSE2。
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