一種四象限變流型再生能量逆變回饋裝置的制造方法
【技術領域】：
[0001] 本發明屬于軌道交通電力系統技術領域，設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】：
[000引多年來，在軌道交通領域中，車輛已普遍采用再生電制動，再生電制動時牽引電機 運行在發電模式，向牽引網回饋再生能量，此部分能量如果未被其它車輛或本車用電負荷 完全消耗掉，則會導致牽引網及直流供電母線電壓的升高，危及沿線電氣設備。尤其車輛密 度少、發車間隔長的線路或車輛段、試驗線上更為嚴重。導致此種現象的根本原因歸結為目 前大多數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；為了防止母線電壓的升高，必須采取適當的措施，近幾年國內外研究人 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營，但無論哪種方式都有它 的優缺點和適用環境；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載電阻W熱 能的形式消耗掉，造成了極大的能源浪費；不僅如此，為了驅散制動電阻耗能時產生的大量 熱量，需要在站臺、隧道等沿線增加排風容量，造成二次能源浪費，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劃所不容許的；響應國家節能減排號 召，再生能量的電阻耗能方式已不適應軌道交通供電發展形勢。
[0003] 近幾年國內也出現了混合逆變（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W站內400V用電網絡和整流變壓器二次側為回饋節點，而純逆變模 式因上述節點功率容量問題，在國內還未有工程先列。但在國外，純逆變回饋技術已相當成 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、高性能裡電池或真空飛輪、超導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、裡離子電池儲能；韓國的超級電容儲能等，各種儲能方 式都有自己的優缺點和實現難度，有待于繼續完善和改進；因此在當前形勢下，最為經濟有 效的方式為四象限變流方式，當直流母線電壓升高時逆變回饋，當直流母線電壓降低時整 流取電。此種方式有兩個前提條件；一是交流側并網點為集中供電中壓環網側，系統容量足 夠大，不會出現能量倒送至大電網的現象；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行的隔離升壓變壓器，該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，滿足四象限運行、中壓環網逆變回饋、可與牽引整流變壓器并列運行的現有 技術情況如下：
[0005] 北京交通大學于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，該裝置能夠實現牽 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網絡的集中控 審|J，PWM模塊間并不是完全獨立，而且采用的變壓器為一臺多繞組變壓器，獨立性比較弱，由 于該裝置側重于牽引供電，并不與現有牽引整流變壓器并聯運行，導致體積非常大、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償功能；株洲變流技術國家工程研究中屯、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、直流開關柜等部分組成，具有牽引、回饋或SVGS種工作模式，并 且能與現有供電系統兼容，能夠與二極管整流牽引機組并列布置；但該裝置采用的四象限 變流器模塊電路拓撲結構為兩電平拓撲，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控制環節，四項限變流器間、變壓器繞組間并不是完全獨立狀態，通 過專利名稱也可知該裝置側重點還是在于牽引供電方面，整體設備的體積會比針對再生能 量逆變回饋的裝置要大。
【發明內容】
：
[0006] 本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設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 中壓環網側，降低車輛制動導致的直流母線電壓的提升；通過可控整流技術將中壓環網側 電能引向直流母線，提升車輛牽引啟動導致的直流母線電壓的跌落；通過控制功率流向，補 償電網無功功率，改善電能質量。
[0007] 為了實現上述目的，本發明設及的四象限變流型再生能量逆變回饋裝置，其主體 結構包括隔離變壓器（TB)、交流開關（KMA)、輸出濾波器（LC)、四象限變流器炬L)、輸入濾 波器（C)、預充電模塊；隔離變壓器、交流開關、輸出濾波器、四象限變流器和輸入濾波器依 次串聯式電信息連接，隔離變壓器輸出側并聯后通過斷路器開關與交流電網相連通，四象 限變流器直流側并聯后通過預充電模塊與直流供電母線連接，四象限變流器交流側通過交 流開關與獨立的隔離變壓器相連通，使故障隔離并實現投切控制；單個隔離變壓器、交流開 關、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具體情況確定為不同數值，基本單元的數量根據總功 率需求設定。
[000引本發明設及的四象限變流器是由12只IGBT功率開關管和6只錯位二極管組成，IGBT功率開關管采用英飛凌1700V/600A規格開關管，四象限變流器主電路上配置相應霍 爾傳感器檢測電路、溫度監測電路、快速烙斷器保護電路及尖峰吸收電路，四象限變流器為 模塊一體化結構，毎相四個IGBT功率開關管雙雙成組構成=種開關組合狀態，共計27種開 關組合狀態，代表27個電壓空間矢量，控制系統根據目標向量在此空間矢量坐標中的相對 位置來計算每個作用矢量和每個矢量的作用時間，并給出相應的驅動脈沖。
[0009] 本發明設及的輸出濾波器為模塊一體化結構，由S相LC濾波電路組成。
[0010] 本發明設及的輸入濾波器為模塊一體化結構，由分壓電容單元和單體電容的均壓 電阻構成。
[0011] 本發明設及的預充電模塊為模塊一體化結構，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成。
[0012] 本發明設及的隔離變壓器、交流開關、輸出濾波器、四象限變流器、輸入濾波器和 預充電模塊之間相互獨立且均為抽屜式電插拔結構。
[0013] 本發明設及的四象限變流器內部配置有獨立的控制單元，一個四象限變流器的故 障不影響整套裝置的整體性能。
[0014]