[發明專利]大功率晶閘管型牽引整流制動逆變雙向變流系統及控制方法

在審

• 申請號: 201811549628.1
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109450286A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 李學安;王彬;錢小森;吳杰;朱曉勇;朱杰;佘軍
• 申請（專利權）人: 鎮江大全賽雪龍牽引電氣有限公司
• 主分類號: H02M7/757
• 分類號: H02M7/757;B60L7/10;B60M3/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

本發明公開了大功率晶閘管型牽引整流制動逆變雙向變流系統及控制方法，該系統包括交流開關柜、移相變壓器、晶閘管雙向變流裝置、直流開關柜、隔離開關柜，晶閘管雙向變流裝置包括并聯的整流和逆變機組，其中，整流（逆變）機組包括依次串聯的濾波和無功補償裝置、自耦變壓器、晶閘管整流（逆變）裝置。本發明在兩組12脈整流電源并聯時采用雙閉環數字PI調節均流控制的方法來達到兩組電源并聯的目的。本發明雙向變流系統集能量回饋、牽引供電、穩定網壓、提高供電品質、過載能力強等功能于一體，系統綜合性價比高。

技術領域

本發明涉及大功率晶閘管型牽引整流制動逆變雙向變流系統及控制方法，屬于城市軌道交通列車再生制動能量吸收利用技術領域。

背景技術

目前，地鐵列車采用的是動車和拖車混合編組方式。在列車制動過程中，動車本身優先采用電制動，經過計算電制動力不足的情況時，首先由拖車的機械制動補足，其次不足情況下由動車的機械制動補足，以保證足夠的制動力。這種電空配合制動的方式可以實現列車制動過程中動能到電能的轉化，但由于地鐵供電系統采用的是12脈波或24脈波的二極管不控整流供電方式，因此列車反饋的能量只能通過其他處于牽引狀態的列車吸收，并不能通過牽引變電所回饋至交流電網。當發車間隔較小時，再生制動能量被吸收的概率就會很低，而當再生制動能量不能被完全吸收時，剩余的再生制動能量將會導致直流網電壓的抬升。在我國城市軌道交通系統中，列車制動時大約有15％的制動能量被其他車輛所利用，剩余的大約25％的再生能量通過制動電阻消耗掉，這不僅浪費了能源，而且電阻散熱還需進一步消耗能量。如果能夠回收這一部分被制動電阻消耗的能量，節能率是非常可觀的。

針對再生能量的處理，往往從兩個角度出發考慮。一是通過列車本身的車載裝置完成能量的處理，即車載式；二是通過在牽引變電站或線路上的地面裝置完成能量的處理，即地面式。在過去的幾十年，車載電阻和地面電阻因簡單、可靠、維護方便成為了地鐵車輛廠商和地鐵運營公司的首要選擇。該方式通過電阻將能量轉化為熱能耗散掉，但并未實現再生能量的合理利用。隨著電力電子變流裝置的飛速發展，取代原有的“處理方式”，并轉變為“吸收利用方式”已經成為了科研人員和業內企業研究開發的主要方向。根據再生制動能量的吸收利用原理不同，大體上可以將“吸收利用方式”分為能饋吸收式和能量存儲式。其中，能饋吸收式是利用逆變器的原理，通過電力電子裝置實現直流到交流的轉化，進而將剩余再生制動能量回饋至交流電網；能量存儲式則采用一定的存儲裝置(超級電容、飛輪、電池、超導材料等)將剩余再生制動能量存儲起來，并將其在合適的工況下釋放。

目前，儲能型再生制動能量吸收裝置主要采用IGBT逆變器將列車的再生制動能量吸收到大容量電容器組或飛輪單元中。當供電區間內有列車起動、加速需要取流時，該裝置將所儲存的電能釋放出去并進行再利用。超級電容儲能裝置的投資較大，同時對超級電容儲能裝置的能量密度、功率密度、安全性能、壽命、可靠性有較高要求。飛輪儲能是列車制動過程中產生的能量存儲在旋轉的飛輪中，并在列車需要取流時轉換成電能釋放出去；缺點是系統復雜，空間需求大，可靠性高、處于技術研究階段。逆變回饋型再生電能利用裝置的直流側與牽引變電所中的整流器直流母線相聯，其交流進線接到交流電網上，將再生電能逆變成工頻交流電回饋至交流電網。此方案對于能量的流動和利用更有利，是未來的發展趨勢。

目前，面對兩組電源并聯達不到均流的效果，解決方法往往是硬件上通過在每組電源的直流側串聯平波電抗器來起到平衡電抗器的作用或者直接采用平衡電抗器來消除兩電源的電壓差，使各組電源共同承擔負載電流從而實現并聯均流。但是這種方法需要的電抗器的電感量較大且體積較大成本很高，單單依靠從硬件上解決均流問題是不可靠也是不經濟的，因此從軟件控制策略出發研究并聯均流的控制方法是必要的。目前，隨著電力電子裝置的容量不斷增大，給電網帶來越來越多的質量問題，靜態無功補償和動態無功補償形式已不能很好的濾除諧波，因此發明能同時適用大容量整流和逆變裝置的濾波無功補償裝置至關重要。

發明內容