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再生制动逆变装置在城市轨道交通的应用

发布时间:2020-04-13 作者:新风光

1概述

目前城市轨道交通直流牵引供电系统采用二极管整流器,电能只能从交流电网向直流牵引网单向流动。当车辆制动时,多余的再生制动能量使直流电网电压升高。传统的解决方法是设置电阻制动装置,但这将造成电能的极大浪费并带来温升等其它问题。由于轨道交通车辆起制动频繁,制动能量相当可观,若能加以合理利用必能产生良好的经济效益。

从较早的在牵引变电所设置再生能量电阻消耗装置的应用到近几年电容储能、飞轮储能技术、再生电能逆变回馈设备发展,再生制动能量吸收技术在不断研制和持续改进,在国内外轨道交通线路上得到应用。针对目前使用的四种吸收装置方案,表1给出了四种吸收装置的特点:

再生制动逆变装置(以下简称逆变装置)即为逆变回馈型,其回馈能量将用于400v 负载或反送至35kv 电网。逆变装置(逆变 电阻)根据各个传感器检测信号,综合判断直流电网上是否有列车处于再生电制动状态,一旦确认列车处于再生制动状态并需要吸收能量时,系统启动吸收过程。在控制系统中设置二级判断基准值,当电网电压升至到第一级判断电压时,系统首先投入逆变装置,逆变装置把机车刹车制动时产生的能量转换成ac380v 电压,自动跟踪ac380v 母线电压,并向负载供电,将再生能量消耗在用电设备上;一旦逆变吸收消耗不了该能量,将引起电网电压进一步上升,当电网电压升到第二级判断电压时,电阻斩波器立即投入工作,电阻吸收装置将再生制动能量消耗,稳定电压不再上升,确保机车充分有效利用电制动。在直流牵引供电系统中,再生制动能量吸收装置做为一个子系统工程,其作用关乎系统的安全。
2 逆变装置的主回路系统
2.1 重庆某线路牵引供电系统概况

重庆某线路牵引供电系统主要分为直流牵引网和交流配电网两部分。主变电所将三相35kv高压交流送至各牵引所,经整流变压器、整流器变成适合轨道车辆应用的1500v直流母线,馈电线再将直流电送到接触网上,接触网是沿车辆走行轨架设的特殊供电线路,轨道车辆通过其受流器与接触网的直接接触而获得电能。

牵引变电所一般设两台牵引整流机组。目前采用两台整流机组并联运行构成等效24脉波整流方式。其容量按远期运量设计,根据国标gb/t 10411-2005《城市轨道交通直流牵引供电系统》规定,牵引整流机组的负载能力应满足:100%额定输出连续;150%额定输出2h;300%额定输出lmin。允许电压波动范围为1000v~1800v。走行轨构成牵引供电回路的一部分。回流线将轨道回流引向牵引变电所。
交流配电网主要是提供站内的照明、通风、排水、电梯等基础设施。
2.2 逆变装置主回路拓扑

逆变装置的主回路拓扑分四部分,直流接触器部件、逆变单元、输出电抗器、交流接触器部件如图2所示;

2.3 功率单元拓扑
逆变装置的单元内部采用三电平结构电路,单元主电路如图3所示。

3 逆变装置原理及功能
3.1工作原理
逆变装置在收到“启动”给定信号后,经过控制回路动作直流接触器、交流接触器,并送出启动完毕确认信号。总控装置检测到启动完毕确认信号后,根据此时母线电压的高低给出高电平“开机”信号,进行能量回馈;低电平使逆变设备瞬间关断,处于能量回馈等待状态。逆变设备工作过程中,时刻接收并及时回复设备内接触器、各个单元的工作状态信号。图4为装置的控制原理框图。

3.2主要功能
(1)逆变装置主要是根据母线电压变化实现自动并网、逆变吸收及逆变电流调节等功能。
(2)逆变装置设置过压、过流、超温、短路保护功能,当某一逆变单元故障时,整机仍可以降额运行,不影响整机正常工作,同时把整机的工作状态传给上位机,等候其控制指令。
(3)自动化数据采集功能,微机控制系统由plc控制系统和16位dsp系统构成。实时采集直流、交流电网数据,根据直流母线电压的变化自动调节逆变单元的输出电流大小,逆变为与电网电压同频、同相的交流电送回电网。
(4) 微机控制系统采用标准的数据通信口接入变电所综合自动化系统。物理接口采用rs485接口,波特率19.2kbps,通信协议采用目前国际上通用的modbus-rtu,具有良好的通用性和开放性。
4 运行效益分析
根据业主电度表计量的数据,重庆某线路逆变装置节电效果明显。具体数据如表2;

根据运行数据分析,一个地铁站点安装的逆变装置日均回馈电能约1000余度,参考工业用电价格1元/度,一天节省运行成本1000余元,年节约成本36万余元。同时,对隧道内部的通风、散热需求降低,若无逆变装置此部分能量又要考虑被损耗掉,运行成本也要相应增加。故设备运行经济效益显著。
5 结束语

轨道交通有着运量大、速度快、安全可靠、准点舒适的技术优势正逐步成为主要城市的交通工具,城市轨道交通自身所具有的社会属性和经济属性,使之成为城市交通运输发展战略的重点,同时也被视为城市交通体系的骨干力量。同时国家开始注重产品国产化,在国家设备国产化政策的引导下,一批轨道交通设备的生产企业和科研院所逐步壮大,推进了产品国产化进程。

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