CN110224430B - 一种dc3000v能馈装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的DC3000V能馈装置，包括变流器、变压器、主控和电缆，变压器的一次侧绕组接于交流电网上；变流器由m个串联的逆变器组成，变压器的二次侧上设置有m个二次侧绕组，分别与变压器的m个二次绕组相连接；每个逆变器由n个相并联的功率单元组成，每个功率单元均连接有对其整流和逆变状态进行控制的单元控制器，主控经单元控制器对每个功率单元的状态进行控制。本发明的DC3000V能馈装置，既各级逆变器之间的串联，也有每一级逆变器中功率单元的并联，各级逆变器之间的均压控制以及每一级逆变器内部功率单元之间的均流控制，保证了本发明的DC3000V能馈装置的稳定可靠运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种DC3000V能馈装置及其控制方法，更具体的说，尤其涉及一种可将列车制动时产生的能量逆变后输入至电网的DC3000V能馈装置及其控制方法。
背景技术
地铁采用直流牵引供电方式，牵引变电所采用的是二极管不可控整流，能量只能由交流侧流向直流侧，能量只具备单向流动性。当列车再生制动时，牵引电机的电动工况转变为发电工况，列车的动能转化成为电能，除一部分被再生列车自身辅助电力设备消耗外，大部分回馈到直流牵引网上，若此时同一供电段内有其他列车在牵引，会吸收直流牵引网上的再生能量，当列车发车密度较低时，没有牵引列车吸收再生能量，或者不能够完全吸收再生能量，剩余的部分能量会造成牵引网电压迅速抬升，当网压超过限定值时，为了保护车辆设备的安全，必须将再生制动切除，从而导致再生失效的发生。若牵引变电所中设置再生制动能量吸收装置，则可以吸收掉多余的再生电能，维持网压稳定，最大限度地发挥列车再生制动能力。
目前，列车再生能量吸收装置主要包括电阻耗能型、储能型和逆变回馈型，从目前运营线路的节能数据和运行情况看，电阻型装置不是好的选择，储能型装置尚无成功稳定的运行经验。在牵引供电系统中安装合理的逆变回馈型再生制动能量吸收装置，对列车制动所产生的能量进行吸收、和再利用，达到节能减排和稳定电网电压的目的。
DC3000V在国际上是一种成熟的供电制式，国内早期的轨道交通直流牵引供电系统采用DC750V的电压制式，近期新建的城市均采用DC1500V的电压制式，这两种电压制式相比DC3000V电压制式来说存在供电能力和传输距离小，杂散电流腐蚀严重的问题。现已经有地铁公司和设计院开始规划设计DC3000V直流牵引供电系统，再生制动能量吸收逆变装置作为吸收车辆制动能量的装置，同样需要适应DC3000V的牵引供电系统，为车辆的运营提供有力的保障。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种DC3000V能馈装置及其控制方法。
本发明的DC3000V能馈装置，包括变流器、变压器、主控和电缆，变压器的一次侧绕组接于交流电网上；其特征在于：所述变流器由m个串联的逆变器组成，首端逆变器的直流侧经电缆与直流牵引网的正极相连接，末端逆变器的直流侧经电缆与直流牵引网的负极相连接；变压器的二次侧上设置有m个二次侧绕组，m个逆变器的交流侧分别与变压器的m个二次绕组相连接；每个逆变器由n个相并联的功率单元组成，每个功率单元均连接有对其整流和逆变状态进行控制的单元控制器，主控经单元控制器对每个功率单元的状态进行控制。
本发明的DC3000V能馈装置，所述功率单元为6个IGBT组成的三相全桥，三相全桥连接三个单相电抗器或一个三相电抗器。
本发明的DC3000V能馈装置，m个逆变器中序号相同的功率单元划分为一组，同一组中的功率单元采用电流闭环控制。
本发明的DC3000V能馈装置，所述逆变器的数量m=4。
本发明的DC3000V能馈装置的控制方法，其特征在于，能量回馈通过以下步骤来实现：
a).功率单元分组，将每个逆变器中序号为1的功率单元分为第1组闭环，序号为2的功率单元分为第2组闭环，……，序号为n的功率单元分为第n组闭环，同一组闭环中的功率单元采用电流闭环控制。
b).信号采集，主控通过传感器采集直流牵引网上的直流电压、交流电网上的交流电压和相位，当检测到列车处于制动状态时，则进行能量回馈控制；
c).控制信号下发，主控根据所检测的直流牵引网上电压的大小，产生相应的控制指令，并将控制指令发送至每组闭环中序号为1的功率单元的单元控制器中；
d).电流闭环控制，每组闭环中序号为1的功率单元的控制器接收到控制指令后，产生控制序号为1的功率单元中IGBT工作的控制信号，并将此控制信号和序号为1的功率单元状态信息发送至同组中序号为2的功率单元的单元控制器中；序号为2的功率单元的单元控制器，将接收到的控制信号和序号为1和2的功率单元状态信息发送至同组中序号为3的功率单元的单元控制器中，……；序号为n的功率单元的单元控制器，将接收到的控制信号和序号为1、2、……、n-1的功率单元状态信息发送至主控，主控根据反馈的电流大小实现闭环控制。
主控自动检测各个传感器的信号，产生相应的控制指令，并将该指令传送给INV1的Unit_1的单元控制器，INV1的Unit_1的单元控制器接收主控的控制指令以及采集第1组的输出电流进行电流闭环控制产生第1组IGBT的控制信号，并将此信号和INV1的Unit_1的状态信息发送给INV2的Unit_1的单元控制器，INV2的Unit_1的单元控制器将接收到的信息以及INV2的Unit_1状态发送给INV3的Unit_1的单元控制器，最终再发送给INV4的Unit_1单元控制器，INV4的Unit_1单元控制器将四个单元的状态传送给主控，这样就形成了一个控制环路。
此控制环路内的单元都获取的是INV1的Unit_1所产生的IGBT控制信号，可以实现四级单元的自动均压。INV1的Unit_1所采用的电流闭环与其他n-1组的电流闭环之间相互独立，控制命令都是主控产生的同一命令，最终的输出电流基本相同，可以实现每一级逆变器内部并联功率单元的均流。
本发明的有益效果是：本发明的DC3000V能馈装置，变流器中既各级逆变器之间的串联，也有每一级逆变器内部功率单元的并联，各级逆变器之间的均压控制以及每一级逆变器内部功率单元之间的均流控制，保证了本发明的DC3000V能馈装置的稳定可靠运行。本发明与DC3000V直流牵引供电系统兼容，对列车制动所产生的能量进行吸收再利用，达到节能减排和稳定电网电压的目的，功率单元的结构相同，互换性好，结构更加紧凑，方便安装和维护，有利于自动化控制。
附图说明
图1为本发明的DC3000V能馈装置的电路原理图；
图2为本发明中每个逆变器的电路图；
图3为本发明中功率单元的电路图；
图4为本发明的DC3000V能馈装置中第1组功率单元的电流闭环控制原理图。
图中：1变流器，2变压器，3逆变器，4功率单元，5主控。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，给出了本发明的DC3000V能馈装置的电路原理图，其由交流器1和变压器2组成，变压器2的一次侧绕组接于交流电网上，交流器1由m个（图中为4个）串联的逆变器3组成，图中的4个逆变器3分别标号为INV1、INV2、INV3、INV4，首端的逆变器INV1的直流侧接于直流牵引网的正极，尾端的逆变器INV4的直流侧接于直流牵引网的负极。变压器2二次侧的绕组数量为m个（图中为4个），图中变压器2的4个二次侧绕组分别接于4个逆变器3的交流侧。这样，列车直流牵引网上的直流电压经各级逆变器的逆变处理后，转化为交流电，再经变压器2输入至交流电网上，实现能量的回收利用。
如图2所示，给出了本发明中每个逆变器的电路图，所示的每个逆变器3由n个并联的功率单元4组成，n个功率单元的标号分别为Unit_1、Unit_2、……、Unit_n，图3给出了本发明中功率单元的电路图，每个功率单元4为6个IGBT组成的三相全桥，三相全桥连接三个单相电抗器或一个三相电抗器。这样，变流器1中既有多个逆变器3的串联，又有每个逆变器3中多个功率单元4的并联，各级逆变器之间的均压控制以及每一级逆变器内部功率单元之间的均流控制是装置稳定可靠运行的重要保证。
先将所有的功率单元进行分组，分组时将每一级对应的功率单元分为一组，即INV1的Unit_1、INV2的Unit_1、INV3的Unit_1和INV4的Unit_1为第1组，INV1的Unit_2、INV2的Unit_2、INV3的Unit_2和INV4的Unit_2为第2组，INV1的Unit_n、INV2的Unit_n、INV3的Unit_n和INV4的Unit_n为第n组。所分的n组，每一组都采用独立的电流闭环进行控制，即可实现各组之间的电流均流，也就可以实现各级逆变器内部的功率单元均流。
所分的n组，每一组内部的四个功率单元的IGBT控制信号相同，这样就可以确保每一级之间的直流母线电压均衡。其均压控制原理为：功率输出时（能量从直流侧转移到交流测），由于IGBT的控制信号相同，直流母线电压相对较高的功率单元输出功率相对较大，其直流母线电压会自动降低与其他功率单元保持一致，功率输入时，过程相反，功率单元之间的直流母线电压同样会自动保持平衡。
实现n组独立的电流闭环，每一组内部使用相同的IGBT控制信号的具体实现方法为，如图4所示，主控与n组之间形成n个控制环路。每个环路的控制方式相同，以第1组进行说明。如图4所示，给出了本发明的DC3000V能馈装置中第1组功率单元的电流闭环控制原理图，主控自动检测各个传感器的信号（包括直流电压、交流电网上的交流电压和相位），产生相应的控制指令，并将该指令传送给INV1的Unit_1的单元控制器，INV1的Unit_1的单元控制器接收主控的控制指令以及采集第1组的输出电流进行电流闭环控制产生第1组IGBT的控制信号，并将此信号和INV1的Unit_1的状态信息（包括功率单元的温度、电流等保护信息）发送给INV2的Unit_1的单元控制器，INV2的Unit_1的单元控制器将接收到的信息以及INV2的Unit_1状态发送给INV3的Unit_1的单元控制器，最终再发送给INV4的Unit_1单元控制器，INV4的Unit_1单元控制器将四个单元的状态传送给主控，这样就形成了一个控制环路。
此控制环路内的单元都获取的是INV1的Unit_1所产生的IGBT控制信号，可以实现四级单元的自动均压。INV1的Unit_1所采用的电流闭环与其他n-1组的电流闭环之间相互独立，控制命令都是主控产生的同一命令，最终的输出电流基本相同，可以实现每一级逆变器内部并联功率单元的均流。
Claims (2)
1.一种DC3000V能馈装置的控制方法，DC3000V能馈装置包括变流器（1）、变压器（2）、主控（5）和电缆，变压器的一次侧绕组接于交流电网上；所述变流器由m个串联的逆变器（3）组成，首端逆变器的直流侧经电缆与直流牵引网的正极相连接，末端逆变器的直流侧经电缆与直流牵引网的负极相连接；变压器的二次侧上设置有m个二次侧绕组，m个逆变器的交流侧分别与变压器的m个二次绕组相连接；每个逆变器由n个相并联的功率单元（4）组成，每个功率单元均连接有对其整流和逆变状态进行控制的单元控制器，主控经单元控制器对每个功率单元的状态进行控制；
所述逆变器（3）的数量m=4；
其特征在于，DC3000V能馈装置的控制方法，能量回馈通过以下步骤来实现：
a).功率单元分组，将每个逆变器中序号为1的功率单元分为第1组闭环，序号为2的功率单元分为第2组闭环，……，序号为n的功率单元分为第n组闭环，同一组闭环中的功率单元采用电流闭环控制；
b).信号采集，主控通过传感器采集直流牵引网上的直流电压、交流电网上的交流电压和相位，当检测到列车处于制动状态时，则进行能量回馈控制；
c).控制信号下发，主控根据所检测的直流牵引网上电压的大小，产生相应的控制指令，并将控制指令发送至每组闭环中序号为1的功率单元的单元控制器中；
d).电流闭环控制，每组闭环中序号为1的功率单元的控制器接收到控制指令后，产生控制序号为1的功率单元中IGBT工作的控制信号，并将此控制信号和序号为1的功率单元状态信息发送至同组中序号为2的功率单元的单元控制器中；序号为2的功率单元的单元控制器，将接收到的控制信号和序号为1和2的功率单元状态信息发送至同组中序号为3的功率单元的单元控制器中，……；序号为n的功率单元的单元控制器，将接收到的控制信号和序号为1、2、……、n-1的功率单元状态信息发送至主控，主控根据反馈的电流大小实现闭环控制；
主控自动检测各个传感器的信号，产生相应的控制指令，并将该指令传送给INV1的Unit_1的单元控制器，INV1的Unit_1的单元控制器接收主控的控制指令以及采集第1组的输出电流进行电流闭环控制产生第1组IGBT的控制信号，并将此信号和INV1的Unit_1的状态信息发送给INV2的Unit_1的单元控制器，INV2的Unit_1的单元控制器将接收到的信息以及INV2的Unit_1状态发送给INV3的Unit_1的单元控制器，最终再发送给INV4的Unit_1单元控制器，INV4的Unit_1单元控制器将四个单元的状态传送给主控，这样就形成了一个控制环路；
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2.根据权利要求1所述的DC3000V能馈装置的控制方法，其特征在于：所述功率单元（4）为6个IGBT组成的三相全桥，三相全桥连接三个单相电抗器或一个三相电抗器。
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