CN208939840U - 用于轨道交通整流机组的换流装置和用于轨道交通的整流机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于轨道交通整流机组的换流装置和用于轨道交通的整流机组。整流机组包括：整流变压器、三个电抗器和换流装置；三个电抗器的一端分别连接四象限PWM整流器三相桥臂的交流输出端，三个电抗器的另一端均连接整流变压器，整流变压器连接牵引变电所的交流电网；换流装置包括：四象限PWM整流器和二极管整流器；四象限PWM整流器将列车制动时产生的再生制动能量回馈至牵引变电所的交流电网，在列车牵引时与牵引整流机组共同为列车提供牵引能量；二极管整流器在四象限PWM整流器故障时，将交流电网中的交流电能转化为直流电能为列车提供牵引能量。本实用新型既可以有效利用再生制动能量，又不会降低城市轨道交通供电系统的稳定性和可靠性。

Description

用于轨道交通整流机组的换流装置和用于轨道交通的整流 机组

技术领域

本实用新型涉及一种用于轨道交通整流机组的换流装置和用于轨道交通的整流机组。

背景技术

地铁是城市轨道交通体系中最主要的运输工具之一，相对于电气化铁路干线而言，地铁具有站间距离较短、启动和制动频繁、运行速度变化快等特点。地铁刹车时通过再生制动，把车辆的动能转化为电能，将产生的电能反馈到其供电的直流母线上，如果附近没有其他车辆吸收电能的情况下，其直流母线电压会被迅速的提高。直流母线电压太高，会对地铁车辆的安全运行造成威胁。为了稳定直流母线电压，地铁系统中现有的处理方法以电阻耗能为主，这种方法不仅造成了能源的巨大浪费，而且还会使隧道内环境温度上升，会增加隧道内通风冷却系统的负担，造成进一步电能损耗。

近年来，为了吸收地铁再生制动时产生的能量，人们将能量回馈装置应用到了地铁中。地铁能量回馈装置基本原理是，将直流母线上的电能通过逆变回馈的方式，直接回馈到交流电网。这样地铁刹车过程中产生的能量就能够得到再利用，从而提高了地铁能量利用效率。

在实际的应用中人们发现，这种能量回馈装置能够有效吸收列车再生制动时产生的能量，避免了能量的浪费，产生了可观的经济和社会效益。但是对于许多已经建成投运的老地铁线路来说，地铁站内地下空间紧凑，由于空间不足无法安装能量回馈装置，这种限制导致许多老地铁线路上的列车再生制动能量不能被能量回馈装置吸收，而造成了能量的白白浪费。

将地铁牵引变电所中的一组整流机组改造为四象限PWM整流器是解决上述问题的一个可行方案，这种改造既可以满足老线路站内空间的限制，又可以将列车再生制动能量得到有效利用。但是这种改造，将牵引供电系统中整流机组使用的稳定可靠结构简单的二极管等电力电子器件替换了相对来说故障率较高、结构和控制复杂的IGBT等电力电子开关器件。因此，这种改造降低了城市轨道交通供电系统的稳定性和可靠性。

实用新型内容

本实用新型提供了一种用于轨道交通整流机组的换流装置和用于轨道交通的整流机组，以解决将地铁牵引变电所中的一组整流机组改造为四象限 PWM整流器导致城市轨道交通供电系统的稳定性和可靠性降低的问题。

本实用新型的一个方面提供了一种用于轨道交通整流机组的换流装置，包括：连接在轨道交通直流牵引网正母线和负母线之间的四象限PWM整流器，和与四象限PWM整流器连接的二极管整流器；四象限PWM整流器，用于将列车制动时产生的再生制动能量回馈至牵引变电所的交流电网，以及在列车牵引时与牵引变电所牵引整流机组共同为列车提供牵引能量；二极管整流器，用于在四象限PWM整流器故障时，将交流电网中的交流电能转化为直流电能为所述列车提供牵引能量。

本实用新型的另一个方面提供了一种用于轨道交通的整流机组，包括：整流变压器、三个电抗器和上述的换流装置；三个电抗器的一端分别连接换流装置中四象限PWM整流器三相桥臂的交流输出端，三个电抗器的另一端均连接整流变压器，整流变压器连接牵引变电所的交流电网。

本实用新型中的换流装置兼具四象限PWM整流器和二极管整流器两套系统的功能，当四象限PWM整流器故障时，二极管整流器会自动投入工作，无需额外的操作和控制。因此，将地铁牵引变电所中的一组整流机组改造为包括本实用新型的换流装置，在满足老线路站内空间的限制条件下，既可以将列车再生制动能量得到有效利用，又不会降低城市轨道交通供电系统的稳定性和可靠性，对地铁老线路的改造来说是一种实用性强、节能环保、安全可靠的换流装置。

附图说明

图1为本实用新型实施例示出的用于轨道交通的整流机组结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

以下，将参照附图来描述本实用新型的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本实用新型。这里使用的词语“一”、“一个(种)”和“该”等也应包括“多个”、“多种”的意思，除非上下文另外明确指出。此外，在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

本实用新型一方面提供一种用于轨道交通整流机组的换流装置。

图1为本实用新型实施例示出的用于轨道交通的整流机组结构示意图，如图1所示，用于轨道交通整流机组的换流装置包括：连接在轨道交通直流牵引网正母线和负母线之间的四象限PWM整流器，和与四象限PWM整流器连接的二极管整流器；

四象限PWM整流器，用于将列车制动时产生的再生制动能量回馈至牵引变电所的交流电网，以及在列车牵引时与牵引变电所牵引整流机组共同为列车提供牵引能量；

二极管整流器，用于在四象限PWM整流器故障时，将交流电网中的交流电能转化为直流电能为列车提供牵引能量。

本实施例所提供的换流装置兼具四象限PWM整流器和二极管整流器两套系统的功能，当四象限PWM整流器故障时，二极管整流器会自动投入工作，无需额外的操作和控制。因此，将地铁牵引变电所中的一组整流机组改造为包括本实施例的换流装置，在满足老线路站内空间的限制条件下，既可以将列车再生制动能量得到有效利用，又不会降低城市轨道交通供电系统的稳定性和可靠性，对地铁老线路的改造来说是一种实用性强、节能环保、安全可靠的换流装置。

如图1所示，二极管整流器包括三个二极管桥臂，每个二极管桥臂包括串联连接的整流二极管线路，每个二极管桥臂的一端连接正母线，另一端连接负母线。

一个实施例中，每个二极管桥臂是由四个整流二极管串联连接，每个二极管桥臂中的第一整流二极管的负极连接正母线，第一整流二极管的正极连接第二整流二极管的负极，第二整流二极管的正极连接第三整流二极管的负极，第三整流二极管的正极连接第四整流二极管的负极，第四整流二极管的正极连接负母线，第二整流二极管与第二整流二极管的连接点还连接四象限 PWM整流器相应桥臂的交流输出端，例如，第一个二极管桥臂中的第二整流二极管与第二整流二极管的连接点连接四象限PWM整流器的A相桥臂的交流输出端，第二个二极管桥臂中的第二整流二极管与第二整流二极管的连接点连接四象限PWM整流器的B相桥臂的交流输出端，第三个二极管桥臂中的第二整流二极管与第二整流二极管的连接点连接四象限PWM整流器的 C相桥臂的交流输出端。

参考图1，由整流二极管D1、D2、D3、D4，整流二极管D5、D6、D7、 D8和整流二极管D9、D10、D11、D12构成二极管整流器的三个二极管桥臂，第一个二极管桥臂中整流二极管D2、D3之间的连接点连接四象限PWM整流器的A相桥臂的交流输出端，第二个二极管桥臂中整流二极管D6、D7之间的连接点连接四象限PWM整流器的B相桥臂的交流输出端，第三个二极管桥臂中整流二极管D10、D11之间的连接点连接四象限PWM整流器的C 相桥臂的交流输出端。

其中，每个二极管桥臂中的第一整流二极管和第二整流二极管的耐压等级的和值不小于轨道交通直流电压等级；每个二极管桥臂中的第三整流二极管和第四整流二极管的耐压等级的和值不小于轨道交通直流电压等级；即图 1中整流二极管D1、D2，整流二极管D3、D4，整流二极管D5、D6，整流二极管D7、D8，整流二极管D9、D10，整流二极管D11、D12的耐压等级的和值均不小于轨道交通直流电压等级。

在本实施例中，四象限PWM整流器包括三相桥臂，每相桥臂包括IGBT 开关管和钳位二极管，参考图1，由IGBT开关管S1、S2、S3、S4和钳位二极管D13、D14构成A相桥臂；由IGBT开关管S5、S6、S7、S8和钳位二极管D15、D16构成B相桥臂；由IGBT开关管S9、S10、S11、S12和钳位二极管D17、D18构成A相桥臂。

如图1所示，本实施例的换流装置还包括三组直流电容线路，每组直流电容线路分别与四象限PWM整流器的一相桥臂连接。每组直流电容线路是由两个直流电容串联连接，每组直流电容线路的第一直流电容的一端连接正母线，第一直流电容的另一端连接第二直流电容的一端，第二直流电容的另一端连接负母线，第一直流电容和第二直流电容的连接点与四象限PWM整流器的相应桥臂的输入端连接。

参考图1，第一组直流电容线路是由电容C1、C2串联形成，电容C1的一端连接正母线，电容C2的一端连接负母线，电容C1、C2的连接点连接A 相桥臂的输入端；第二组直流电容线路是由电容C3、C4串联形成，电容C3 的一端连接正母线，电容C4的一端连接负母线，电容C3、C4的连接点连接 B相桥臂的输入端；第三组直流电容线路是由电容C5、C6串联形成，电容 C5的一端连接正母线，电容C6的一端连接负母线，电容C5、C6的连接点连接C相桥臂的输入端。

本实用新型另一方面提供一种用于轨道交通的整流机组。

如图1所示，本实施例中，用于轨道交通的整流机组包括：整流变压器、三个电抗器和前文描述的换流装置；三个电抗器的一端分别连接换流装置中四象限PWM整流器三相桥臂的交流输出端，三个电抗器的另一端均连接整流变压器，整流变压器连接牵引变电所的交流电网；即A相桥臂的交流输出端流通过电抗器L1与整流变压器PT1连接，B相桥臂的交流输出端流通过电抗器L2与整流变压器PT1连接，C相桥臂的交流输出端流通过电抗器L3 与整流变压器PT1连接，最终通过整流变压器PT1与牵引变电所的交流电网连接。

实际应用在，整流机组还包括用于对整流机组的器件进行散热的散热器。

本实施例中整流机组的工作过程为：

当列车再生制动产生多余的再生制动能量时，四象限PWM整流器通过电压检测模块检测到地铁直流牵引网直流电压升高，为了稳定直流电压，避免过高的直流电压对列车的安全运行造成威胁，四象限PWM整流器开始工作，通过A、B、C三相桥臂将直流电能经过逆变后转化为交流电能，将再生制动能量回馈至牵引变电所交流电网。在这种工况下，四象限PWM整流器取代了传统的电阻耗能装置，能够将再生制动能量吸收再利用，起到了节能环保的作用；其中，电压检测模块可采用直流霍尔技术实现电压检测。

在列车牵引时，四象限PWM整流器通过电压检测模块检测到地铁直流牵引网直流电压降低，为了稳定直流电压，避免直流电压过低造成列车不能正常运行，四象限PWM整流器开始工作，通过A、B、C三相桥臂将牵引变电所中交流电网的交流电能经过整流后转化为直流电能，为地铁直流牵引网供电。在这种工况下，四象限PWM整流器通过下垂控制与变电所牵引整流机组共同为列车提供牵引能量。

当功率器件主要由IGBT构成的四象限PWM整流器故障时，由整流二极管D1、D2、D3、D4，整流二极管D5、D6、D7、D8和整流二极管D9、D10、 D11、D12构成二极管整流器的三个二极管桥臂；此时，当列车再生制动产生多余的再生制动能量时，为了稳定直流电压，避免过高的直流电压对列车的安全运行造成威胁，牵引供电系统中电阻耗能装置投入运行，将多余的再生制动能量转化为热能消耗掉；当列车牵引时，为了稳定直流电压，避免直流电压过低造成列车不能正常运行，二极管整流器开始工作，通过A、B、C三相二极管桥臂将牵引变电所中交流电网的交流电能经过不可控整流后转化为直流电能，为地铁直流牵引网供电。

本实施例中，整流机组的换流装置兼具四象限PWM整流器和二极管整流器两套系统的功能，而四象限PWM整流器和二极管整流器两套系统在结构上却只用了一套变压器、一套直流电容、一套散热器等器件，将地铁牵引变电所中的一组整流机组改造为本实施例中的整流机组，在满足老线路站内空间的限制条件下，既可以将列车再生制动能量得到有效利用，又不会降低城市轨道交通供电系统的稳定性和可靠性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于轨道交通整流机组的换流装置，其特征在于，包括：连接在轨道交通直流牵引网正母线和负母线之间的四象限PWM整流器，和与四象限PWM整流器连接的二极管整流器；

所述四象限PWM整流器，用于将列车制动时产生的再生制动能量回馈至牵引变电所的交流电网，以及在列车牵引时与牵引变电所牵引整流机组共同为列车提供牵引能量；

所述二极管整流器，用于在四象限PWM整流器故障时，将所述交流电网中的交流电能转化为直流电能为所述列车提供牵引能量。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述二极管整流器包括三个二极管桥臂，每个二极管桥臂包括串联连接的整流二极管线路，每个二极管桥臂的一端连接所述正母线，另一端连接所述负母线。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，每个二极管桥臂是由四个整流二极管串联连接，每个二极管桥臂中的第一整流二极管的负极连接所述正母线，第一整流二极管的正极连接第二整流二极管的负极，第二整流二极管的正极连接第三整流二极管的负极，第三整流二极管的正极连接第四整流二极管的负极，第四整流二极管的正极连接所述负母线，所述第二整流二极管与所述第二整流二极管的连接点还连接四象限PWM整流器相应桥臂的交流输出端。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，每个二极管桥臂中的第一整流二极管和第二整流二极管的耐压等级的和值不小于轨道交通直流电压等级；每个二极管桥臂中的第三整流二极管和第四整流二极管的耐压等级的和值不小于轨道交通直流电压等级。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述四象限PWM整流器包括三相桥臂，每相桥臂包括IGBT开关管和钳位二极管。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括三组直流电容线路，每组直流电容线路分别与四象限PWM整流器的一相桥臂连接。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，每组直流电容线路是由两个直流电容串联连接，每组直流电容线路的第一直流电容的一端连接所述正母线，第一直流电容的另一端连接第二直流电容的一端，第二直流电容的另一端连接所述负母线，第一直流电容和第二直流电容的连接点与四象限PWM整流器相应桥臂的输入端连接。

8.一种用于轨道交通的整流机组，其特征在于，包括：整流变压器、三个电抗器和权利要求1-7任一项所述的换流装置；

三个电抗器的一端分别连接换流装置中四象限PWM整流器三相桥臂的交流输出端，三个电抗器的另一端均连接所述整流变压器，所述整流变压器连接牵引变电所的交流电网。

9.根据权利要求8所述的整流机组，其特征在于，还包括用于对所述整流机组的器件进行散热的散热器。