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] 本發(fā)明屬于軌道交通電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)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)】：
[000引多年來(lái)，在軌道交通領(lǐng)域中，車輛已普遍采用再生電制動(dòng)，再生電制動(dòng)時(shí)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(huì)導(dǎo)致?tīng)恳W(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(zhǎng)的線路或車輛段、試驗(yàn)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(dòng)，再生能量無(wú) 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?guó)內(nèi)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(yùn)營(yíng)，但無(wú)論哪種方式都有它 的優(yōu)缺點(diǎn)和適用環(huán)境；歸納起來(lái)有電阻耗能方式、儲(chǔ)能媒介儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)階段；電阻耗能方式 比較成熟，控制方式也相對(duì)簡(jiǎn)單，國(guó)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(dòng)時(shí)的再生電能通過(guò)熱負(fù)載電阻W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(dòng)電阻耗能時(shí)產(chǎn)生的大量 熱量，需要在站臺(tái)、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(dòng)電阻放置于地 面變電站或地鐵車站時(shí)，造成的噪音污染也是城市規(guī)劃所不容許的；響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排號(hào) 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(shì)。
[0003] 近幾年國(guó)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W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(wèn)題，在國(guó)內(nèi)還未有工程先列。但在國(guó)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(wèn)題，并不能解決直流母 線電壓的跌落問(wèn)題；利用超級(jí)電容、高性能裡電池或真空飛輪、超導(dǎo)體等儲(chǔ)能媒介來(lái)儲(chǔ)存制 動(dòng)時(shí)的再生電能，待電壓跌落時(shí)再釋放出去的方式為最理想的方式，但各種儲(chǔ)能媒介的容 量、壽命、工藝、成本等一系列問(wèn)題限制著此種模式的普及和發(fā)展。如德國(guó)的飛輪儲(chǔ)能、超級(jí) 電容儲(chǔ)能；如日本的超級(jí)電容儲(chǔ)能、裡離子電池儲(chǔ)能；韓國(guó)的超級(jí)電容儲(chǔ)能等，各種儲(chǔ)能方 式都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)難度，有待于繼續(xù)完善和改進(jìn)；因此在當(dāng)前形勢(shì)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(shí)逆變回饋，當(dāng)直流母線電壓降低時(shí)整 流取電。此種方式有兩個(gè)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(huì)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，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(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(qǐng)，于2008年08月27日公開(kāi)的公開(kāi)號(hào)為 CN101249806A的發(fā)明專利申請(qǐng)《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(tái)多繞組變壓器、多個(gè)PWM整流器單元和一個(gè)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(duì)多個(gè)PWM整流器采用基于CAN網(wǎng)絡(luò)的集中控 審|J，PWM模塊間并不是完全獨(dú)立，而且采用的變壓器為一臺(tái)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(shí)際上牽引能量比制動(dòng)能量大很多倍，顧及牽引能量就會(huì)對(duì)制動(dòng)能量回饋造成不必要 的成本投入，并且該裝置并不實(shí)行靜置無(wú)功補(bǔ)償功能；株洲變流技術(shù)國(guó)家工程研究中屯、于 2011年05月09日申請(qǐng)，于2011年12月07日公開(kāi)的公開(kāi)號(hào)為CN102267405A的發(fā)明專利 申請(qǐng)《一種能饋型牽引供電裝置及其控制方法》，該裝置也由一臺(tái)多重化變壓器、不少于兩 個(gè)的四象限變流器模塊、直流開(kāi)關(guān)柜等部分組成，具有牽引、回饋或SVGS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)洌琁GBT耐受電壓高、諧波含量和濾波模塊體積都會(huì) 相對(duì)較大，而且該裝置也采用多個(gè)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(xiàng)限變流器間、變壓器繞組間并不是完全獨(dú)立狀態(tài)，通 過(guò)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(huì)比針對(duì)再生能 量逆變回饋的裝置要大。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)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(dòng)時(shí)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(dòng)導(dǎo)致的直流母線電壓的提升；通過(guò)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(dòng)導(dǎo)致的直流母線電壓的跌落；通過(guò)控制功率流向，補(bǔ) 償電網(wǎng)無(wú)功功率，改善電能質(zhì)量。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明設(shè)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(kāi)關(guān)（KMA)、輸出濾波器（LC)、四象限變流器炬L)、輸入濾 波器（C)、預(yù)充電模塊；隔離變壓器、交流開(kāi)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(guò)斷路器開(kāi)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(guò)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(guò)交 流開(kāi)關(guān)與獨(dú)立的隔離變壓器相連通，使故障隔離并實(shí)現(xiàn)投切控制；單個(gè)隔離變壓器、交流開(kāi) 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。
[000引本發(fā)明設(shè)及的四象限變流器是由12只IGBT功率開(kāi)關(guān)管和6只錯(cuò)位二極管組成，IGBT功率開(kāi)關(guān)管采用英飛凌1700V/600A規(guī)格開(kāi)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(cè)電路、溫度監(jiān)測(cè)電路、快速烙斷器保護(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)，毎相四個(gè)IGBT功率開(kāi)關(guān)管雙雙成組構(gòu)成=種開(kāi)關(guān)組合狀態(tài)，共計(jì)27種開(kāi) 關(guān)組合狀態(tài)，代表27個(gè)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(duì) 位置來(lái)計(jì)算每個(gè)作用矢量和每個(gè)矢量的作用時(shí)間，并給出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)脈沖。
[0009] 本發(fā)明設(shè)及的輸出濾波器為模塊一體化結(jié)構(gòu)，由S相LC濾波電路組成。
[0010] 本發(fā)明設(shè)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] 本發(fā)明設(shè)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] 本發(fā)明設(shè)及的隔離變壓器、交流開(kāi)關(guān)、輸出濾波器、四象限變流器、輸入濾波器和 預(yù)充電模塊之間相互獨(dú)立且均為抽屜式電插拔結(jié)構(gòu)。
[0013] 本發(fā)明設(shè)及的四象限變流器內(nèi)部配置有獨(dú)立的控制單元，一個(gè)四象限變流器的故 障不影響整套裝置的整體性能。
[0014]