[發(fā)明專利]一種四象限變流型再生能量逆變回饋裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510363485.5
• 申請(qǐng)日: 2015-06-26
• 公開（公告）號(hào): CN104901579B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武華軍;安剛虎;藍(lán)信章;徐長勤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島海能阿爾派軌道電力設(shè)備工程科技有限公司
• 主分類號(hào): H02M7/797
• 分類號(hào): H02M7/797;B60M3/06;B60M3/00
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所(普通合伙)37104
• 代理人: 黃曉敏,于正河

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于軌道交通電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種逆變形式的再生能量吸收裝置，特別是一種四象限變流型再生能量逆變回饋裝置。

背景技術(shù)：

多年來，在軌道交通領(lǐng)域中，車輛已普遍采用再生電制動(dòng)，再生電制動(dòng)時(shí)牽引電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電模式，向牽引網(wǎng)回饋再生能量，此部分能量如果未被其它車輛或本車用電負(fù)荷完全消耗掉，則會(huì)導(dǎo)致牽引網(wǎng)及直流供電母線電壓的升高，危及沿線電氣設(shè)備。尤其車輛密度少、發(fā)車間隔長的線路或車輛段、試驗(yàn)線上更為嚴(yán)重。導(dǎo)致此種現(xiàn)象的根本原因歸結(jié)為目前大多數(shù)軌道交通直流供電采用的是不控二極管整流，電能只有單方向流動(dòng)，再生能量無法回送至供電電網(wǎng)；為了防止母線電壓的升高，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧鼛啄陣鴥?nèi)外研究人員提出了多種再生能量處理方式，也有不少方式已成功投入運(yùn)營，但無論哪種方式都有它的優(yōu)缺點(diǎn)和適用環(huán)境；歸納起來有電阻耗能方式、儲(chǔ)能媒介儲(chǔ)能方式、逆變回饋方式、四象限整流逆變方式等，每種方式都有其延伸方式，某些還處于起步和實(shí)驗(yàn)階段；電阻耗能方式比較成熟，控制方式也相對(duì)簡單，國內(nèi)外大部分城市早期使用的基本都是此種方式，分為車載電阻分散耗能及地面電阻集中耗能方式，把車輛制動(dòng)時(shí)的再生電能通過熱負(fù)載電阻以熱能的形式消耗掉，造成了極大的能源浪費(fèi)；不僅如此，為了驅(qū)散制動(dòng)電阻耗能時(shí)產(chǎn)生的大量熱量，需要在站臺(tái)、隧道等沿線增加排風(fēng)容量，造成二次能源浪費(fèi)，并且制動(dòng)電阻放置于地面變電站或地鐵車站時(shí)，造成的噪音污染也是城市規(guī)劃所不容許的；響應(yīng)國家節(jié)能減排號(hào)召，再生能量的電阻耗能方式已不適應(yīng)軌道交通供電發(fā)展形勢。

近幾年國內(nèi)也出現(xiàn)了混合逆變(逆變回饋+電阻耗能)形式的再生能量吸收裝置，其中逆變回饋主要以站內(nèi)400V用電網(wǎng)絡(luò)和整流變壓器二次側(cè)為回饋節(jié)點(diǎn)，而純逆變模式因上述節(jié)點(diǎn)功率容量問題，在國內(nèi)還未有工程先列。但在國外，純逆變回饋技術(shù)已相當(dāng)成熟，有不少成功案例。但是此種方式只能解決直流母線電壓的升高問題，并不能解決直流母線電壓的跌落問題；利用超級(jí)電容、高性能鋰電池或真空飛輪、超導(dǎo)體等儲(chǔ)能媒介來儲(chǔ)存制動(dòng)時(shí)的再生電能，待電壓跌落時(shí)再釋放出去的方式為最理想的方式，但各種儲(chǔ)能媒介的容量、壽命、工藝、成本等一系列問題限制著此種模式的普及和發(fā)展。如德國的飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能；如日本的超級(jí)電容儲(chǔ)能、鋰離子電池儲(chǔ)能；韓國的超級(jí)電容儲(chǔ)能等，各種儲(chǔ)能方式都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)難度，有待于繼續(xù)完善和改進(jìn)；因此在當(dāng)前形勢下，最為經(jīng)濟(jì)有效的方式為四象限變流方式，當(dāng)直流母線電壓升高時(shí)逆變回饋，當(dāng)直流母線電壓降低時(shí)整流取電。此種方式有兩個(gè)前提條件：一是交流側(cè)并網(wǎng)點(diǎn)為集中供電中壓環(huán)網(wǎng)側(cè)，系統(tǒng)容量足夠大，不會(huì)出現(xiàn)能量倒送至大電網(wǎng)的現(xiàn)象；二是在四象限變流器本身容量不足夠大的情況下，需采用與牽引整流變壓器并列運(yùn)行的隔離升壓變壓器，這樣才能作為牽引變壓器的輔助，提升直流母線電壓的跌落。

目前，滿足四象限運(yùn)行、中壓環(huán)網(wǎng)逆變回饋、可與牽引整流變壓器并列運(yùn)行的現(xiàn)有技術(shù)情況如下：

北京交通大學(xué)于2008年04月14日申請(qǐng)，于2008年08月27日公開的公開號(hào)為CN101249806A的發(fā)明專利申請(qǐng)《一種模塊化的能量回饋式牽引供電裝置及其控制方法》，該專利包含一臺(tái)多繞組變壓器、多個(gè)PWM整流器單元和一個(gè)中央控制器，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)牽引整流及再生能量逆變回饋功能，但該裝置對(duì)多個(gè)PWM整流器采用基于CAN網(wǎng)絡(luò)的集中控制，PWM模塊間并不是完全獨(dú)立，而且采用的變壓器為一臺(tái)多繞組變壓器，獨(dú)立性比較弱，由于該裝置側(cè)重于牽引供電，并不與現(xiàn)有牽引整流變壓器并聯(lián)運(yùn)行，導(dǎo)致體積非常大、成本高昂，實(shí)際上牽引能量比制動(dòng)能量大很多倍，顧及牽引能量就會(huì)對(duì)制動(dòng)能量回饋造成不必要的成本投入，并且該裝置并不實(shí)行靜置無功補(bǔ)償功能；株洲變流技術(shù)國家工程研究中心于2011年05月09日申請(qǐng)，于2011年12月07日公開的公開號(hào)為CN102267405A的發(fā)明專利申請(qǐng)《一種能饋型牽引供電裝置及其控制方法》，該裝置也由一臺(tái)多重化變壓器、不少于兩個(gè)的四象限變流器模塊、直流開關(guān)柜等部分組成，具有牽引、回饋或SVG三種工作模式，并且能與現(xiàn)有供電系統(tǒng)兼容，能夠與二極管整流牽引機(jī)組并列布置；但該裝置采用的四象限變流器模塊電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為兩電平拓?fù)洌琁GBT耐受電壓高、諧波含量和濾波模塊體積都會(huì)相對(duì)較大，而且該裝置也采用多個(gè)變流器模塊集中控制方式，3種工作模式下所有四象限變流器模塊共用電壓外環(huán)控制環(huán)節(jié)，四項(xiàng)限變流器間、變壓器繞組間并不是完全獨(dú)立狀態(tài)，通過專利名稱也可知該裝置側(cè)重點(diǎn)還是在于牽引供電方面，整體設(shè)備的體積會(huì)比針對(duì)再生能量逆變回饋的裝置要大。

發(fā)明內(nèi)容：