一種四象限變流型再生能量逆變回饋裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本實用新型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)】：
[0002] 多年來，在軌道交通領(lǐng)域中，車輛已普遍采用再生電制動，再生電制動時牽引電機(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，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?，近幾年國?nèi)外研宄人 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、儲能媒介儲能方式、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驗階段；電阻耗能方式 比較成熟，控制方式也相對簡單，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，把車輛制動時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)散制動電阻耗能時產(chǎn)生的大量 熱量，需要在站臺、隧道等沿線增加排風(fēng)容量，造成二次能源浪費(fèi)，并且制動電阻放置于地 面變電站或地鐵車站時，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 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。
[0003] 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；利用超級電容、高性能鋰電池或真空飛輪、超導(dǎo)體等儲能媒介來儲存制 動時的再生電能，待電壓跌落時再釋放出去的方式為最理想的方式，但各種儲能媒介的容 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。如德國的飛輪儲能、超級 電容儲能；如日本的超級電容儲能、鋰離子電池儲能；韓國的超級電容儲能等，各種儲能方 式都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和實現(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逆變回饋，當(dāng)直流母線電壓降低時整 流取電。此種方式有兩個前提條件：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。
[0004] 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：
[0005] 北京交通大學(xué)于2008年04月14日申請，于2008年08月27日公開的公開號為 CN101249806A的發(fā)明專利申請《一種模塊化的能量回饋式牽引供電裝置及其控制方法》，該 專利包含一臺多繞組變壓器、多個PWM整流器單元和一個中央控制器，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)牽 引整流及再生能量逆變回饋功能，但該裝置對多個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，實際上牽引能量比制動能量大很多倍，顧及牽引能量就會對制動能量回饋造成不必要 的成本投入，并且該裝置并不實行靜置無功補(bǔ)償功能；株洲變流技術(shù)國家工程研宄中心于 2011年05月09日申請，于2011年12月07日公開的公開號為CN102267405A的發(fā)明專利 申請《一種能饋型牽引供電裝置及其控制方法》，該裝置也由一臺多重化變壓器、不少于兩 個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)?，IGBT耐受電壓高、諧波含量和濾波模塊體積都會 相對較大，而且該裝置也采用多個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)備的體積會比針對再生能 量逆變回饋的裝置要大。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006] 本實用新型的發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計提供一種四象限 變流型再生能量逆變回饋裝置，該裝置將軌道交通車輛再生制動時的電能逆變回饋至軌道 交通供電中壓環(huán)網(wǎng)側(cè)，降低車輛制動導(dǎo)致的直流母線電壓的提升；通過可控整流技術(shù)將中 壓環(huán)網(wǎng)側(cè)電能引向直流母線，提升車輛牽引啟動導(dǎo)致的直流母線電壓的跌落；通過控制功 率流向，補(bǔ)償電網(wǎng)無功功率，改善電能質(zhì)量。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型涉及的四象限變流型再生能量逆變回饋裝置，其 主體結(jié)構(gòu)包括隔離變壓器（TB)、交流開關(guān)（KM)、輸出濾波器（LC)、四象限變流器（BL)、輸 入濾波器（C)、預(yù)充電模塊；隔離變壓器、交流開關(guān)、輸出濾波器、四象限變流器和輸入濾波 器依次串聯(lián)式電信息連接，隔離變壓器輸出側(cè)并聯(lián)后通過斷路器開關(guān)與交流電網(wǎng)相連通， 四象限變流器直流側(cè)并聯(lián)后通過預(yù)充電模塊與直流供電母線連接，四象限變流器交流側(cè)通 過交流開關(guān)與獨(dú)立的隔離變壓器相連通，使故障隔離并實現(xiàn)投切控制；單個隔離變壓器、交 流開關(guān)、輸出濾波器、四象限變流器和輸入濾波器組成四象限變流型再生能量逆變回饋裝 置的基本單元，基本單元的功率容量根據(jù)具體情況確定為不同數(shù)值，基本單元的數(shù)量根據(jù) 總功率需求設(shè)定。
[0008] 本實用新型涉及的四象限變流器是由12只IGBT功率開關(guān)管和6只鉗位二極管組 成，IGBT功率開關(guān)管采用英飛凌1700V/600A規(guī)格開關(guān)管，四象限變流器主電路上配置相應(yīng) 霍爾傳感器檢測電路、溫度監(jiān)測電路、快速熔斷器保護(hù)電路及尖峰吸收電路，四象限變流器 為模塊一體化結(jié)構(gòu)，每相四個IGBT功率開關(guān)管雙雙成組構(gòu)成三種開關(guān)組合狀態(tài)，共計27種 開關(guān)組合狀態(tài)，代表27個電壓空間矢量，控制系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)向量在此空間矢量坐標(biāo)中的相 對位置來計算每個作用矢量和每個矢量的作用時間，并給出相應(yīng)的驅(qū)動脈沖。
[0009] 本實用新型涉及的輸出濾波器為模塊一體化結(jié)構(gòu)，由三相LC濾波電路組成。
[0010] 本實用新型涉及的輸入濾波器為模塊一體化結(jié)構(gòu)，由分壓電容單元和單體電容的 均壓電阻構(gòu)成。
[0011] 本實用新型涉及的預(yù)充電模塊為模塊一體化結(jié)構(gòu)，由隔離接觸器、充電電阻、充電 接觸器、快速放電電阻和放電接觸器構(gòu)成。
[0012] 本實用新型涉及的隔離變壓器、交流開關(guān)、輸出濾波器