CN207588463U - 一种轨道交通再生制动能量回收利用装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种轨道交通再生制动能量回收利用装置，包括：直流断路器、变流器、交流断路器及能馈变压器；直流断路器的输入端连接外部牵引网1500V母线，其输出端连接变流器；交流断路器的输入端连接变流器，交流断路器的输出端连接能馈变压器低压侧，作为能馈变压器的输入。本实用新型可减少车载制动电阻容量，其能量直接回馈交流电网供其它设备使用，不需要配置储能元件，也不存在电阻发热问题，对环境影响小，易于维护。
Description
技术领域
本实用新型属于轨道交通节能技术领域，具体指代一种轨道交通再生制动能量回收利用装置。
背景技术
轨道交通中列车运行的特点：站间距离短、运行速度较高、起动与制动频繁。地铁列车的制动形式分为电制动和机械制动，电制动用于正常行驶到低速状态，此时列车电机转换为发电机，通过牵引系统将制动能量反馈到直流电网上。如果此时没有其他列车运营使用，则牵引系统回馈的制动能量会导致直流电网网压升高。为了避免网压升高，主要采用恒压吸收、超级电容储能和能量回馈等三种制动能量吸收装置。
据初步统计，一般城市轨道交通制动能量可达牵引能量的20%-40%以上。恒压吸收装置采用斩波器和吸收电阻配合，制动电阻会产生大量热量，使地铁隧道内的温度升高，同时增加了站内空调通风装置的负担，并使城市轨道交通的建设费用和运行费用增加。超级电容的储能基于超级电容来吸收城市轨道交通车辆的再生制动能量，减少能源浪费，达到能量的高效利用；但是储能电容器组体积庞大，价格昂贵，占地面积大，不能完全满足吸收列车再生电能。再生制动能量回馈装置则是利用电力电子器件构成逆变器，将直流电逆变成工频交流电馈送交流电网。
有鉴于此，实有必要开发一种轨道交通制动能量回收装置，以便充分利用列车再生制动能量，达到节能环保的社会和经济效益。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种轨道交通再生制动能量回收利用装置，以解决现有技术中的轨道交通制动能量回收装置存在诸多缺陷的问题，本实用新型可减少车载制动电阻容量，其能量直接回馈交流电网供其它设备使用，不需要配置储能元件，也不存在电阻发热问题，对环境影响小，易于维护。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
本实用新型的一种轨道交通再生制动能量回收利用装置，包括：直流断路器、变流器、交流断路器及能馈变压器；
直流断路器的输入端连接外部牵引网1500V母线，其输出端连接变流器；交流断路器的输入端连接变流器，交流断路器的输出端连接能馈变压器的输入端。
优选地，所述直流断路器、变流器、交流断路器及能馈变压器各自放置于绝缘柜中。
优选地，所述能馈变压器采用四线圈轴向双分裂结构，高压线圈并联输出，低压线圈独立输出的形式。
优选地，所述能馈变压器为户内环氧树脂浇注干式变压器。
优选地，所述变流器包含：变流器主电路和变流器控制电路。
优选地，所述变流器主电路包含：IGBT、滤波器及直流侧电容；每两个IGBT串联形成一向，三向并联形成逆变器，逆变器并联直流侧电容连到母线正负极；滤波器由电感、电容、电感形成的三向LCL滤波器，每向滤波器的前一个电感一端连接串联IGBT的中点，另一端连接后一个电感，电容两端分别连接两个电感的一端。
优选地，所述变流器控制电路包含：控制器、IGBT隔离驱动电路、直流数据采集电路及交流采集电路；直流数据采集电路与控制器双向连接，将直流电流、直流电压信号传送给控制器；交流数据采集电路与控制器双向连接，将交流电流、交流电压信号传送给控制器；控制器与IGBT隔离驱动电路单向连接，控制器发出PWM信号经过IGBT隔离驱动电路转换成IBGT的驱动信号。
优选地，所述变流器为两台750kW变流器并联组成。
本实用新型的装置交流侧通过交流断路器经能馈变压器输出到AC 35kV交流网，直流侧通过直流断路器接入1500V直流网。当准备投入工作时，交流侧的交流断路器所在绝缘柜中的接触器首先合闸，通过全桥电路对装置中直流侧电容进行充电，待电压稳定后，使直流断路器所在柜中的接触器合闸，变流器直流侧电容继续升压至直流侧网压保持一致，此时变流器进入待机状态。当检测到直流侧电压高于设定逆变电压时，如1650V，变流器开始工作在逆变状态，将直流侧能量回馈至35kV交流网，直到直流侧电压低于设定逆变电压，变流器处于待机状态；当检测到直流侧电压低于设定整流电压时，如1550V，变流器开始工作在整流状态，将交流网能量输入1500V直流网，直到直流侧电压高于设定整流电压时，变流器处于待机状态。
本实用新型的有益效果：
1.本实用新型装置中的控制器采用DSP+FPGA协同控制，控制精度更高、响应速度更快，最高可低于5ms响应时间；具有动态响应快，根据直流母线电压以及上级控制信号，可瞬间满足大范围功率变化要求。
2.采用城轨车辆牵引系统所用的大功率牵引级IGBT 器件，过载能力强，在间歇工作制（30s/120s）时最高过载可达到200%，因此节能率更高；牵引级IGBT比工业等级IGBT在工艺流程方面更加严格，因此单机容量可以做到更高。
3.具有直流稳压功能与无功补偿功能，该装置能在列车制动时将多余的再生制动能量反馈回交流中压电网，并且还可在列车牵引时与变电所牵引整流机组共同为列车提供能量。同时还可以抑制直流网压的波动，减小直流电压纹波，提高牵引供电质量。
4.采用多单元并联，主从结构控制，各单元之间采用多重化载波移相技术，极大的减小了网侧电流总谐波。在其中一个单元发生故障时，自动退出运行并保护，不影响其它单元工作，因此系统可靠性与容错性更高。
附图说明
图1为本实用新型装置的原理框图。
图2为变流器主电路的示意图。
图3为变流器控制电路的原理图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。
参照图1所示，本实用新型的一种轨道交通再生制动能量回收利用装置，包括：直流断路器、变流器、交流断路器及能馈变压器；四者各自设于绝缘柜中，增加绝缘与隔离；
直流断路器的输入端连接外部牵引网1500V母线，其输出端连接变流器；交流断路器的输入端连接变流器，交流断路器的输出端连接能馈变压器低压侧，作为能馈变压器的输入。
所述能馈变压器采用四线圈轴向双分裂结构，高压线圈并联输出，低压线圈独立输出的形式。其即实现了高低压之间电压变换和匹配，同时实现了两个低压绕组之间的相互隔离，并且变压器漏感功能上起到了滤波器电感的作用。
能馈变压器类型为户内环氧树脂浇注干式变压器；额大容量为1500kVA；高低压变比为35kV/0.69kV/0.69kV；连接方式：△/d11，d11；调压方式：无励磁分级调压；绝缘等级：F级或以上；声级：不超过70dB；局部放电：不大于5pc；绕组原边采用Δ接线；气候等级：C1级；环境等级：E2级；燃烧性能等级：F1级。
所述变流器包含：变流器主电路和变流器控制电路。
参照图2所示，变流器主电路包含：IGBT、滤波器及直流侧电容；实施例中，选用的IGBT为 ABB 5SNA 1500E330305，电压高达3300V，电流高达1500A，每两个IGBT串联形成一向，三向并联形成逆变器，逆变器并联直流侧电容连到母线正负极；滤波器由电感、电容、电感形成的三向LCL滤波器，每向滤波器的前一个电感一端连接串联IGBT的中点，另一端连接后一个电感，电容两端分别连接两个电感的一端。采用LCL型滤波器，滤波器的阻抗值与流过的电流频率成反比，频率越高，阻抗越小，从而达到滤除电流中的高频谐波目的，应用在大中功率场合，效果更好。直流侧电容主要目的是为了缓冲再生能突然产生时的直流输入电压以及回馈过程中的直流电压以及能量尖峰，还有滤除器件高频开关动作造成的直流电压纹波，一般来讲，从满足控制系统的控制跟随性的角度看，直流侧的电容应该尽可能的小，但是从限制直流电压的波动的和抑制能量尖峰的角度看电容要越大越好，综合考虑设备的成本与体积等方面的因素，取直流侧电容。
参照图3所示，所述变流器控制电路包含：控制器、IGBT隔离驱动电路、直流数据采集电路及交流采集电路；直流数据采集电路与控制器双向连接，将直流电流、直流电压信号传送给控制器；交流数据采集电路与控制器双向连接，将交流电流、交流电压信号传送给控制器；控制器与IGBT隔离驱动电路单向连接，控制器发出PWM信号经过IGBT隔离驱动电路转换成IBGT的驱动信号。
所述交流断路器型号为CW3-2500M万能式断路器，主要参数为额定绝缘电压：DC1000V；额定工作电压：400V/440V/690V；额定电流：2000A；额定频率：50/60Hz。交流断路器的二次回路连接导线采用耐热的维尼纶绝缘多股软铜芯绝缘线。端子排采用高品质，具有防锈措施，不影响正常运行。采用多股软铜绝缘线，与端子排的连接采用多股插接方式。
所述直流断路器型号为SWS400020d2MO，主要参数为额定电压：DC2000V；额定电流：4000A。直流断路器柜作为DC1500V线网与制动能量吸收装置的隔离用，须在不带负荷的情况下分断。
本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种轨道交通再生制动能量回收利用装置，其特征在于，包括：直流断路器、变流器、交流断路器及能馈变压器；
直流断路器的输入端连接外部牵引网1500V母线，其输出端连接变流器；交流断路器的输入端连接变流器，交流断路器的输出端连接能馈变压器的输入端。
2.根据权利要求1所述的轨道交通再生制动能量回收利用装置，其特征在于，所述直流断路器、变流器、交流断路器及能馈变压器各自放置于绝缘柜中。
3.根据权利要求1所述的轨道交通再生制动能量回收利用装置，其特征在于，所述能馈变压器采用四线圈轴向双分裂结构，高压线圈并联输出，低压线圈独立输出的形式。
4.根据权利要求1或3所述的轨道交通再生制动能量回收利用装置，其特征在于，所述能馈变压器为户内环氧树脂浇注干式变压器。
5.根据权利要求1所述的轨道交通再生制动能量回收利用装置，其特征在于，所述变流器包含：变流器主电路和变流器控制电路。
6.根据权利要求5所述的轨道交通再生制动能量回收利用装置，其特征在于，所述变流器主电路包含：IGBT、滤波器及直流侧电容；每两个IGBT串联形成一向，三向并联形成逆变器，逆变器并联直流侧电容连到母线正负极；滤波器由电感、电容、电感形成的三向LCL滤波器，每向滤波器的前一个电感一端连接串联IGBT的中点，另一端连接后一个电感，电容两端分别连接两个电感的一端。
7.根据权利要求5所述的轨道交通再生制动能量回收利用装置，其特征在于，所述变流器控制电路包含：控制器、IGBT隔离驱动电路、直流数据采集电路及交流采集电路；直流数据采集电路与控制器双向连接，将直流电流、直流电压信号传送给控制器；交流数据采集电路与控制器双向连接，将交流电流、交流电压信号传送给控制器；控制器与IGBT隔离驱动电路单向连接，控制器发出PWM信号经过IGBT隔离驱动电路转换成IBGT的驱动信号。
8.根据权利要求1所述的轨道交通再生制动能量回收利用装置，其特征在于，所述变流器为两台750kW变流器并联组成。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111490546A (zh) * | 2019-01-25 | 2020-08-04 | 西安许继电力电子技术有限公司 | 轨道交通再生能量回馈系统和轨道交通配电网系统 |
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