发布时间 : 星期二 文章列车再生制动能量回收的方法及分析更新完毕开始阅读4963bf46763231126edb11fe
其次是逆变装置以及相关技术 （1）逆变至中压网络的应用
本方案采用如图1所示原理图。虚线框中的部分即所提出的再生制动能量回馈系统，从主接线上看，该系统与牵引供电支路并列布置在交流中压电网和直流牵引母线之间。系统包含1台多重化变压器以及多个四象限PWM变流器模块，整套装置与传统的二极管整流机组并列布置。系统的多重化变压器一次侧通过高压开关柜QFac与交流中压电网相连，其低压侧每套绕组都与一个四象限变流器模块交流侧相连，四象限变流直流侧则并联在一起后通过直流开关柜QFdc和负极柜QCdc与直流牵引母线相连。
系统检测直流母线电压，当确定有车辆制动且直流母线电压超过设置的门槛值时，进入回馈模式。此时装置将多余的再生制动能量通过各重IGBT变流器以及多重化变压器回馈到交流中压电网，此时装置内能量的流动方向是从牵引直流母线流向交流中压电网，且交流中压电网侧的功率因数接近-1。
针对目前城轨供电系统再生制动能量回馈的几个问题，该方案提出了基于多重化四象限变流器的制动能量回馈系统。仿真和样机试制表明，该系统可以在满足电网兼容性要求的前提下实现制动能量回馈至中压电网的功能，加之所述系统与现有牵引供电系统并列连接，并与中压交流电网和直流牵引网之间相互间兼容性好，有着较大实际意义和推广价值。
（2）逆变至低压压负荷网络
逆变至低压网络利用再生制动能量逆变回馈装置来逆变多余的再生制动能量,采用直流牵引网的电压作为能量控制策略依据,提出DC/AC变换器电压外环、电流内环的SVPWM控制策略;运用Matlab/Simlulink搭建了一个750V直流电气化铁路等效模型仿真平台,并通过仿真和实验验证了该控制策略的可行性和有效
性。再生制动能量逆变回馈装置能满足地铁列车再生制动能量吸收利用及稳定直流牵引网电压要求,实现车辆再生制动能量回馈利用。
图1示出再生制动能量逆变回馈装置主电路。该系统由三相交流电源经降压变压器降压后与二极管构成不可控整流来模拟变电所直流牵引供电系统,整流器输出24脉动整流电压到直流牵引供电网,电路后端加入逆变器和电机,通过控制电机运行的不同状态来模拟地铁运行工况,再生制动能量逆变回馈装置并联在直流母线电压端。
在三相静止对称坐标系数学模型中,因为并网逆变器的交流侧均为时变交流量,所以对控制系统的设计比较复杂。为使控制系统的设计变简单,可通过坐标变换转换到与电网基波频率同步旋转的d,q坐标系下。这样,经过坐标旋转变换后,三相对称静止坐标系中的基波正弦量将转化为同步旋转坐标系中的直流变量。这里对电压源型逆变器采用输出电流控制,在与电网电压矢量同步旋转的d,q坐标系下,应用同步矢量电流PI控制器对逆变器输出电流实施闭环控制,实现有功和无功的解祸控制,达到逆变器输出单位功率因数并网的目的。图2示出DC/AC控制的流程图,采用基于SVPWM的双环控制结构,直流牵引网的电压采用外环控制,而内环控制逆变器输出电流。
外环控制直流牵引网电压,实际直流牵引网电压叽与给定电压叽'的差值作为直流电压PI调节器的输入,其输出作为对应有功功率的d轴电流参考值ia*,通过调节逆变器传送到电网的有功功率,使直流牵引网电压工作在给定参考电压。内环为电流控制环,在与电网电压矢量同步旋转的d,q坐标系统下,利用两个PI调节器对逆变器输出电流的d,q轴分量进行解祸控制,PI调节器的输出分别为Ud*和Uq*。根据Ud*和Uq*及电网电压矢量旋转角度的值,利用7段式SVPWM算法即可得三相参考电压Ua，Ub，Uc的调制波形。设置iq*=0使逆变器输出功率因数为1。该装置的驱动电路将无桥Boost的PFC和半桥谐振LLC电路有机结合,具有器件少,成本低,无电解电容,控制简单,输入功率因数高等优点。
由上述分析可知：
电容储能型或飞轮储能型再生制动能量吸收装置主要采用IGBT 逆变器将列车的再生制动能量吸收到大容量电容器组或飞轮电机中，当供电区间内有列车起动或加速需要取流时，该装置将所储存的电能释放出去并进行再利用。该类吸收装置的电气系统主要包括储能电容器组或飞轮电机、IGBT 斩波器、直流快速断路器、电动隔离开关、传感器和微机控制单元等。该装置充分利用了列车再生制动能量， 节能效果好， 并可减少列车制动电阻的容量。其主要缺点是要设置体积庞大的电容器组和转动机械飞轮装置作为储能部件，因此应用实例较少。 逆变回馈型再生制动能量吸收装置主要采用电力电子器件构成大功率晶闸管三相逆变器，该逆变器的直流侧与牵引变电所中的整流器直流母线相联， 其交流进线接到交流电网上。当再生制动使直流电压超过规定值时，逆变器启动并从直流母线吸收电流，将再生直流电能逆变成工频交流电回馈至交流电网。该吸收装置的电气系统主要包括晶闸管逆变器、逆变变压器、平衡电抗器、交流断路器、直流快速断路器、电动隔离开关、直流电压变换器和调节控制柜等。该装置
充分利用了列车再生制动能量， 提高了再生能量的利用率， 节能效果好，并可减少列车制动电阻的容量。其能量直接回馈到电网，既不要配置储能元件，又不要配置吸收电阻，因此对环境温度影响小，在大功率室内安装的情况下多采用此方案。