一種地鐵能量回饋裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及城市軌道交通供電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種地鐵能量回饋裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年來我國(guó)城市軌道交通發(fā)展非常迅速，現(xiàn)有的地鐵牽引供電方式采用二極管整流機(jī)組將35/33kV中壓交流電整流成1500V直流，通過直流觸網(wǎng)對(duì)地鐵列車上的牽引電機(jī)供電。但是這種供電方式只能實(shí)現(xiàn)電能從電網(wǎng)到電機(jī)的單向功率流動(dòng)，而電機(jī)在制動(dòng)過程中工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，列車的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。為了保證直流觸網(wǎng)電壓在安全范圍內(nèi)，現(xiàn)在基本采用電阻耗電方式吸收列車制動(dòng)產(chǎn)生的電能，造成了電能的極大浪費(fèi)，電阻產(chǎn)生的熱量還增加了空調(diào)制冷負(fù)擔(dān)，這違背了國(guó)家節(jié)能減排方針。
[0003]隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，能量回饋裝置逐漸在地鐵里得到了應(yīng)用。能量回饋裝置的基本原理是將電機(jī)發(fā)出的直流電能逆變成交流電回饋到電網(wǎng)，這樣電能就得到了再生利用，有效地提高了能源的利用效率。
[0004]國(guó)內(nèi)少數(shù)高校和企業(yè)對(duì)地鐵能量回饋裝置進(jìn)行了有益的研究和探索:北京交通大學(xué)和北京千駟馭電氣有限公司的專利《一種具有無(wú)功補(bǔ)償功能的能饋式牽引供電裝置及控制方法》(申請(qǐng)?zhí)?201010601917.9)、株洲變流技術(shù)國(guó)家工程研究中心有限公司的專利《一種能饋型牽引供電裝置及其控制方法》(申請(qǐng)?zhí)?201110118007.X)兩篇專利比較具有代表性。
[0005]在電路結(jié)構(gòu)上，這兩篇專利都是利用基于IGBT (絕緣柵雙極性晶體管)器件的三相逆變器將直流觸網(wǎng)上的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，并通過升壓變壓器回饋到35/33kV中壓電網(wǎng)。由于尚壓、大電流IGBT的開關(guān)頻率$父低，為了提尚等效開關(guān)頻率、減少開關(guān)紋波對(duì)電網(wǎng)的污染，這兩篇專利通過采用兩臺(tái)三角載波錯(cuò)相180度的三相逆變器串聯(lián)或并聯(lián)，達(dá)到開關(guān)頻率倍頻效果。但為了避免兩臺(tái)三相逆變器之間的短路或環(huán)流，兩臺(tái)三相逆變器的交流輸出不能直接并聯(lián)，只能分別連接升壓變低壓側(cè)兩路獨(dú)立繞組，倍頻效果只能在升壓變中壓側(cè)體現(xiàn)。這樣逆變器的并網(wǎng)輸出濾波器只是包含了變壓器漏感的單電感濾波器，而單電感濾波器的開關(guān)紋波濾除效果有限，開關(guān)紋波將會(huì)污染電網(wǎng)。
[0006]綜上，這種采用單電感濾波的地鐵能量回饋裝置將會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的諧波污染問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]為了克服上述技術(shù)缺陷本實(shí)用新型提供一種地鐵能量回饋裝置，該裝置能夠有效降低諧波污染，且具有可靠性高、體積小、成本低的優(yōu)勢(shì)。
[0008]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
[0009]一種地鐵能量回饋裝置，該裝置包括:直流開關(guān)柜、與直流開關(guān)柜電連接的功率柜、變壓器，饋入直流觸網(wǎng)的電能通過直流開關(guān)柜進(jìn)入功率柜，功率柜將直流電轉(zhuǎn)換成低壓交流電，低壓交流電經(jīng)變壓器升壓成中壓交流電饋入中壓電網(wǎng)，其中，
[0010]功率柜包括3相Η橋逆變器、交流電流互感器、逆變器側(cè)濾波電感、交流濾波電容、第二電流霍爾傳感器、交流斷路器，3相Η橋逆變器的各相輸入端分別與直流開關(guān)柜輸出端相連，各相輸出端分別與各自的交流互感器輸入端連接，各交流互感器輸出端與各自對(duì)應(yīng)的濾波器輸入端連接，各濾波器輸出端與對(duì)應(yīng)的電流霍爾傳感器輸入端相連，電流霍爾傳感器輸出端與交流斷路器輸出端相連，直流開關(guān)柜輸入至功率柜的直流電經(jīng)開關(guān)頻率f的3相Η橋單極倍頻逆變，輸出等效開關(guān)頻率為2f的三相脈沖交流電，該脈沖交流電經(jīng)過LCL濾波器得到三相正弦低壓交流電。
[0011]功率柜中的Η橋逆變器輸出采用LCL濾波器，逆變器側(cè)濾波電感和交流濾波電容安裝在功率柜中，網(wǎng)側(cè)濾波電感利用變壓器漏感實(shí)現(xiàn)，無(wú)需專門配備。
[0012]進(jìn)一步，所述變壓器為三相三柱式，高壓側(cè)采用三角形接法，低壓側(cè)采用三相獨(dú)立繞組。
[0013]進(jìn)一步，所述直流開關(guān)柜與功率柜通過銅排電連接。
[0014]進(jìn)一步，所述直流開關(guān)柜內(nèi)置:依次順序電連接的電壓霍爾傳感器、直流刀閘、第一直流進(jìn)線熔斷器F1、直流濾波電感、直流接觸器QF1、第一電流霍爾傳感器ΤΑ1，以及，在所述直流接觸器QF1兩端并聯(lián)一由電阻R1和直流接觸器ΚΜ1串聯(lián)構(gòu)成的緩起電路，在所述第一電流霍爾傳感器ΤΑ1輸出端與所述第二直流進(jìn)線熔斷器F2輸出端并聯(lián)的由直流接觸器KMd和電阻Rd串聯(lián)構(gòu)成放電回路。
[0015]當(dāng)列車制動(dòng)時(shí)，列車上的牽引電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，制動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能饋入直流觸網(wǎng)，直流觸網(wǎng)通過直流饋線柜連接到直流開關(guān)柜，直流開關(guān)柜內(nèi)置的電壓霍爾傳感器采集直流觸網(wǎng)接入的直流電電壓，直流電經(jīng)直流濾波電感濾波，輸入3相Η橋逆變器，逆變器采用單極倍頻控制得到等效開關(guān)頻率是實(shí)際開關(guān)頻率兩倍的三相脈沖交流電，該脈沖交流電經(jīng)過逆變器側(cè)濾波電感、交流濾波電容、變壓器漏感濾波后得到三相正弦低壓交流電。交流電流互感器檢測(cè)逆變器的三相輸出電流，進(jìn)行快速過流保護(hù)；所述第二電流霍爾傳感器用于分別檢測(cè)各自對(duì)應(yīng)的三相低壓交流電流，進(jìn)行電流閉環(huán)控制。三相低壓交流電與變壓器低壓側(cè)三相獨(dú)立繞組連接，變壓器高壓側(cè)采用三角形接法與中壓電網(wǎng)連接，三相低壓交流電經(jīng)變壓器升壓成中壓交流電饋入中壓電網(wǎng)。
[0016]因此，本實(shí)用新型可以獲得以下的有益效果:
[0017](1)有效降低諧波污染:逆變電路采用3相Η橋，通過單極倍頻逆變輸出頻率是實(shí)際開關(guān)頻率的2倍，且輸出l/2Ude、0、_l/2Ud。三種電平，相比普通兩電平電路的U d。、-Udcf|j出，能將開關(guān)紋波幅值減小一倍，從而有效降低諧波污染。
[0018](2)波形質(zhì)量好:H橋的逆變輸出能夠直接達(dá)到2倍頻的效果，Η橋在低壓側(cè)就能實(shí)現(xiàn)倍頻效果，在很大程度上保證了 LCL濾波器的可實(shí)現(xiàn)性。
[0019](3)可靠性高:Η橋逆變器控制類利于兩電平電路，不存在I型三電平電路存在的內(nèi)管過壓風(fēng)險(xiǎn)。
[0020](4)減小體積、降低成本:輸出開關(guān)紋波頻率高、幅值小，能夠減小輸出LCL濾波器尺寸、降低成本；并網(wǎng)變壓器為三相三柱式，高壓側(cè)三角形接法低壓側(cè)三相獨(dú)立繞組，輸出電壓lkV。三相獨(dú)立繞組為3相Η橋提供必需的相間隔離，變壓器具有6%的短路阻抗，其漏感用作逆變器輸出LCL濾波器的網(wǎng)側(cè)電感。所以，變壓器一兼三職，具有電壓耦合、低壓側(cè)相間隔離、網(wǎng)側(cè)濾波電感三重功能，降低裝置成本。
【附圖說明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型公開的一種地鐵能量回饋裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0023]—種地鐵能量回饋裝置，包括:直流開關(guān)柜、與直流開關(guān)柜電通過銅排電連接的功率柜、變壓器，饋入直流觸網(wǎng)的電能通過直流開關(guān)柜進(jìn)入功率柜，功率柜將直流電轉(zhuǎn)換成低壓交流電，低壓交流電經(jīng)變壓器升壓成中壓交流電饋入中壓電網(wǎng)，其中，功率柜包括3相Η橋逆變器、交流電流互感器、逆變器側(cè)濾波電感、交流濾波電容、第二電流霍爾傳感器、交流斷路器，3相Η橋逆變器的各相輸入端分別與直流開關(guān)柜輸出端相連，各相輸出端分別與各自的交流互感器輸入端連接，各交流互感器輸出端與各自對(duì)應(yīng)的濾波器輸入端連接，各濾波器輸出端與對(duì)應(yīng)的電流霍爾傳感器輸入端相連，電流霍爾傳感器輸出端與交流斷路器輸出端相連，直流開關(guān)柜輸入至功率柜的直流電經(jīng)開關(guān)頻率f的3相Η橋單極倍頻逆變，輸出等效開關(guān)頻率為2f的三相脈沖交流電。該脈沖交流電經(jīng)過LCL濾波器得到三相正弦低壓交流電。變壓器為三相三柱式，高壓側(cè)采用三角形接法，低壓側(cè)采用三相獨(dú)立繞組。功率柜中的Η橋逆變器輸出采用LCL濾波器，逆變器側(cè)濾波電感和交流濾波電容安裝在功率柜中，網(wǎng)側(cè)濾波電感利用變壓器漏感實(shí)現(xiàn)，無(wú)需專門配備。
[0024]所述直流開關(guān)柜內(nèi)置:依次順序電連接的電壓霍爾傳感器、直流刀閘、第一直流進(jìn)線熔斷器F1、直流濾波電感、直流接觸器QF1、第一電流霍爾傳感器ΤΑ1，以及，在所述直流接觸器QF1兩端并聯(lián)一由電阻R1和直流接觸器ΚΜ1串聯(lián)構(gòu)成的緩起電路，在所述第一電流霍爾傳感器ΤΑ1輸出端與所述第二直流進(jìn)線熔斷器F2輸出端并聯(lián)的由直流接觸器KMd和電阻Rd串聯(lián)構(gòu)成放電回路。
[0025]結(jié)合附圖1作進(jìn)一步說明:
[0026]當(dāng)列車制動(dòng)時(shí)，列車上的牽引電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，制動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能饋入直流觸網(wǎng)，然后通過直流開關(guān)柜進(jìn)入功率柜，功率柜將直流轉(zhuǎn)換成交流，變壓器將功率柜輸出的低壓交流升壓成中壓饋入中壓電網(wǎng)，如圖1所示的各個(gè)部件如下:
[0027]直流饋線柜:地鐵直流觸網(wǎng)通過直流饋線柜連接到直流開關(guān)柜，提供直流短路、過流保護(hù)功能；
[0028]直流開關(guān)柜:TV1為電壓霍爾傳感器，檢測(cè)直流觸網(wǎng)電壓，若直流觸網(wǎng)電壓高于設(shè)定的門檻值，通常設(shè)置為1700V，則主控制器(基于TI DSP，安裝在直流開關(guān)柜中)控制逆變柜往中壓電網(wǎng)回饋電能；QS為