一種變流器裝置及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電氣設備領域，尤其是涉及一種應用于軌道交通領域的多功能變流器裝置及系統(tǒng)，既可實現逆變回饋和超級電容儲能的功能，又可實現逆變回饋和電阻消耗的功能。
【背景技術】
[0002]21世紀的城市軌道交通將是追求節(jié)能環(huán)保的綠色交通系統(tǒng)。在整個城市軌道交通系統(tǒng)中，車輛能耗的占比一般都超過整個系統(tǒng)能耗的50%。因此，降低車輛能耗將會對城市軌道交通行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展產生重要影響。城市軌道交通一般采用直流牽引供電方式，直流電源在牽引變電站中通過不可控整流器獲得，電壓等級有DC750V和DC1500V兩種。目前城市軌道列車的牽引電機多采用交流感應電機，通過變壓變頻調速單元從直流接觸網獲取電能。目前列車大多采用再生制動方式:當列車開始制動時，感應電機工作于發(fā)電機狀態(tài)，將列車運行的動能轉換為電能回饋到直流母線。當列車向直流母線回饋的電能不能被其他列車吸收時，會造成直流母線電壓升高，進而威脅系統(tǒng)安全。在斬波器和逆變器兩種變流器設計方面，國內外普遍使用的情形是模塊化、通用化程度不高，沒有進行模塊化、通用化的考慮，產品是按照客戶提供的尺寸而單獨設計的。用于再生制動能量處理的變流器主要是DC/AC變流器、DC/DC雙向斬波變流器。由于兩者電路結構和控制方式不同，因而一般兩者不能互換或互換性較差。有的產品雖有此種意識，但一般都只是將其中幾個部件進行了模塊化或通用化的設計。
[0003]目前，城市軌道交通車輛再生制動能量吸收利用的方式主要分為消耗型、儲能型和逆變回饋型三種基本模式。電阻消耗型采用多相IGBT斬波器和吸收電阻配合的恒壓吸收方式，存儲型則是采用多相IGBT斬波器和超級電容組配合吸收方式，能饋型采用IGBT構成大功率三相逆變器，將再生制動能量通過逆變裝置逆變?yōu)槿嘟涣麟娔芑仞伣o電網其他負載使用。三種模式各有優(yōu)缺點，消耗型技術成熟，現場應用經驗豐富，一次投資小，缺點是能量通過電阻消耗，會導致環(huán)境溫度升高。逆變再生型是將能量回饋到電網，目前技術較成熟，現場應用經驗較豐富，一次投資較小，缺點是會產生大量的諧波，對電網有干擾，并且無法調節(jié)車輛啟動加速時的供電電壓。儲能型是將車輛剎車時的能量儲存在電容中，車輛啟動時從電容放電，對電網無影響，缺點是一次投資大，并且現場應用較少。由于列車啟動制動頻繁，再生制動能量功率幅值大，若單獨采用儲能方式，要求儲能單元具有很大的功率和容量，導致體積和造價增大，同時過于頻繁地充放電會影響單元的壽命。若單獨采用能量回饋方式，容量不夠，不足以全部吸收再生制動能量。若全部采用消耗的方式，不利于資源節(jié)約，也不利于環(huán)境保護。目前，有些設計者也考慮用能饋方式和儲能方式配合吸收的方式，但沒有對整個再生能量回收變流器進行簡統(tǒng)化設計，兩種方式的簡單拼湊，會大大增加整個能量回收系統(tǒng)的體積，而城軌站中留給設備安裝的空間十分有限，不利于安裝，并且由于采用了兩套回收系統(tǒng)，成本會大大增加。
[0004]在現有技術中，與本實用新型最為相關的技術方案為，由華中科技大學于2013年05月15日申請，并于2013年09月18日公開，公開號為CN103311950A的中國發(fā)明專利申請《城市軌道列車再生制動能量吸收利用系統(tǒng)及方法》。該發(fā)明專利申請公開了一種城市軌道列車再生制動能量吸收利用系統(tǒng)及方法，該吸收利用系統(tǒng)包括能量回饋逆變器、儲能單元、DC/DC雙向變換器及直流平波電容。能量回饋逆變器的直流側、DC/DC雙向變換器的高壓側均與直流平波電容相并聯，同時與直流母線的正負極相并聯。DC/DC雙向變換器的低壓側與儲能單元相連。能量回饋逆變器的交流側與牽引變電站內配電變壓器低壓側相連，用于將直流母線上的再生制動能量進行逆變，供牽引變電站內用電設備使用。該系統(tǒng)通過兩臺變流器:一臺DC/AC變流器和一臺DC/DC雙向變換器，互相配合實現對再生制動能量的吸收。但是這種系統(tǒng)的結構集成度低，且功能單一。
【實用新型內容】
[0005]有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種變流器裝置及系統(tǒng)，既可以實現能饋方式和儲能方式協調工作的功能，也可以實現能饋方式和能吸方式協調工作的功能，不僅節(jié)約了設計成本，也減小了設備的體積。
[0006]為了實現上述實用新型目的，本實用新型具體提供了一種變流器裝置的技術實現方案，變流器裝置，包括:變流器模塊，所述變流器模塊包括三個相互并聯用于對輸入電能進行DC/AC變換的第一橋臂，以及與所述第一橋臂并聯用于對輸入電能進行DC/DC變換的至少一個第二橋臂。所述第一橋臂的輸出端連接至交流電網，實現能量的逆變回饋。所述第二橋臂的輸出端通過連接吸能負載實現能量吸收，或所述第二橋臂的輸出端通過連接儲能負載實現能量存儲。
[0007]優(yōu)選的，所述變流器模塊還包括與所述第一橋臂、第二橋臂相互并聯的支撐電容器。
[0008]優(yōu)選的，所述變流器裝置還包括輸出電抗器，所述第二橋臂的輸出端通過所述輸出電抗器連接儲能負載實現能量存儲。
[0009]優(yōu)選的，所述第一橋臂和第二橋臂均采用IGBT橋臂。
[0010]優(yōu)選的，所述變流器裝置還包括:
[0011]連接在所述第一橋臂的輸入端，用于檢測所述變流器模塊的輸入電流的輸入電流傳感器；
[0012]并聯在所述第一橋臂的輸入端，用于檢測所述變流器模塊的輸入電壓的輸入電壓傳感器；
[0013]一端與所述輸入電流傳感器相連，另一端連接至直流供電網的平波電抗器；
[0014]連接在所述第二橋臂的輸出端，用于檢測所述變流器模塊的輸出電流的輸出電流傳感器。
[0015]本實用新型還另外具體提供了一種變流器系統(tǒng)的技術實現方案，變流器系統(tǒng)，包括:濾波電路、吸能負載，如上所述的變流器裝置。所述第一橋臂的輸出端通過所述濾波電路連接至交流電網，實現能量的逆變回饋。所述第二橋臂的輸出端通過連接吸能負載實現能量吸收，所述第二橋臂工作在斬波狀態(tài)。
[0016]優(yōu)選的，所述吸能負載采用電阻。
[0017]本實用新型還具體提供了另一種變流器系統(tǒng)的技術實現方案，變流器系統(tǒng)，包括:濾波電路、儲能負載，以及如上所述的變流器裝置。所述第一橋臂的輸出端通過所述濾波電路連接至交流電網，實現能量的逆變回饋。所述第二橋臂的輸出端通過連接儲能負載實現能量存儲，所述第二橋臂工作在升壓降壓狀態(tài)。
[0018]優(yōu)選的，所述儲能負載采用超級電容。
[0019]優(yōu)選的，所述濾波電路采用包括L型濾波電路、LC型濾波電路、LCL型濾波電路在內的任一種濾波電路結構。
[0020]通過實施上述本實用新型提供的變流器裝置及系統(tǒng)，具有如下有益效果:
[0021]本實用新型變流器裝置及系統(tǒng)具有通用化、多功能、成本可控等諸多優(yōu)點，既能夠實現逆變回饋和超級電容儲能功能，又能夠實現逆變回饋和電阻消耗功能，可滿足吸收大功率再生制動能量的要求，從而靈活地滿足不同客戶的需求。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的實施例。
[0023]圖1是本實用新型變流器系統(tǒng)的電路拓撲結構圖；
[0024]圖中:1_變流器裝置，2-變流器模塊，3-濾波電路，4-交流電網，5-吸能負載，6-儲能負載。
【具體實施方式】
[0025]為了引用和清楚起見，將下文中使用的技術名詞、簡寫或縮寫記載如下:
[0026]DC:Direct Current，直流的簡稱；
[0027]AC Alternating Current，交流的簡稱；
[0028]DC/DC:直流/直流變換的簡稱；
[0029]DC/AC:直流/交流變換的簡稱；
[0030]L:電感的簡寫；
[0031]C:電容的簡寫；
[0032]IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管的簡稱。
[0033]為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0034]如附圖1所示，給出了本實用新型變流器裝置及系統(tǒng)的具體實施例，下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。
[0035]如附圖1所示，一種變流器裝置的具體實施例，包括:變流器模塊2，變流器模塊2包括三個相互并聯用于對輸入電能進行DC/AC變換的第一橋臂，以及與第一橋臂并聯用于對輸入電能進行DC/DC變換的至少一個第二橋臂。第一橋臂的輸出端連接至交流電網4，實現能量的逆變回饋。第二橋臂的輸出端通過連接吸能負載5實現能量吸收，或第二橋臂