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                轨道交通能量回馈装置的设计与实现

                发布时间:2020-04-14 作者:新风光

                1.引言:

                地铁、城铁等多数有轨车辆所需电源为直流电源。在车辆↘刹车、制动时产生的能量向直流母线回馈。此时,将抬高直流母▓线的电压。如果直流电压超过限制值,用以引→起与直流母线相连接的设备损坏,甚至是产生严重的安全事故。传统上,当电》压超过安全范围时,采用电阻丝将其能量以热量的形式消耗掉。这就造成了能源浪费和环境∏污染两个问题。

                随着电力电子技术的发展,这个问Ψ题已经有了现实的解决方法。我公←司研制了轨道交通能量回馈装置,将车辆刹车流到直流母线的电能逆变位▅与电网同步的电能,并回馈至交流电网。单机功率达↙到1.5MW。
                2.设备硬件电路

                此种类型的设备功率╱达到1.5MVA,采用单元级联结构。系统机构如图1 所示。

                系统包括主电路、检测部分、控制部分。主电路的关键是开「关元件IGBT,本部分的作用为完成电♂力的转换,将直流电网富余的电能转换为交流电并网。检测部分主要由传感器组成,其主要作用为检测交流电网的电压、电流、相位,检测直流◣侧的电压、电流,并将检测到的物理信号转换为弱电信号,将其送入控制单元。控制单元的作用』为根据传感器输入的信号和外部输入的信号做出判断,输出PWM信号控制IGBT动作,使其完成电能的转换;控制ω单元还具有输入输出的接口,接〓受外部指令信号,并将本系统的状态传给相关的系统。元件每个单元内部采用三点平逆变结构。图纸幅度所限,在此只给出每个单元的主电路拓扑∞如图2所示。采用电解电容作为逆变前的储能元件,降低直流母线的电压波动。主∏开关器件选用IGBT,输出侧使用电抗☉器滤波。核心控制芯片采用TI公司的TMS320LF2000系列的芯片,此系列的芯片是专门为电◆力电子转换而设计的芯片,有丰富的片内外设功能。包含有如下外设:事件管↑理器:定时器和用于数字电机控制的PWM发生器;CAN接口 ;具有16通道10位A/D;SPI串行外设接口;SCI串行通信╲接口。

                3.主要性⌒能及技术特点

                在多年研制大功率变频器及能量并网回馈装置的技术基础上,成功研制出〓轨道交通能量回馈装置。经过一年的成功运行证明,该产品有如下技术特点:(1)控制上采用电压电流双闭环矢量控制,呈现电流源特性∑ ,电流环是本装置的控制核心。(2)采用多单元并联,理论上卐功率可以无限扩展,各个单元之间采用多重化载波移相技术,极大的减小了网侧电流总★谐波。在某个单元发生故障时,不影响其他单元的运◇行,整机可以将额使用。(3)网侧逆变器采用三电平电路拓扑,适应网侧电压范围广,同时也有益于减小网〖侧电流总谐波。(4)并网变流器采用先进的PWM控制技术,不但可以向交流电网回馈有功功率,而且可以回馈无功功⌒率,超前和滞后的无功功率均能灵活调节。(5)具有动态♀响应快,根据直流母线电压及上级控制信号,可以瞬时满足大范Ψ 围功率变化要求,适应性强。(6)具有温度,过流,短路,旁路,网侧电压异常等各种保护功能。(7)具有多种模拟量和数字量接口,具有CAN总线或RS485串行总线等接口,与网络∴中的其他设备连接方便,控制灵活。(8)此种设备在短时工作制条件下工作,采用自然冷却的方式。由于不⊙使用冷却风机,从而提高了整机效率及可靠性。
                4.整机运行效【果

                在做试验时发现随着整机电流的增加,整机∞效率成增加之势,整机谐波电流成减小之势。图3 为整机回馈电网电流2000A时的三相电流波形图。通过检测设备得知馈网电流※完全满足国家标→准。

                正是由于此类设备采取了本文所述的措施,具有本文所述的特♀点。此类设备自投入运行以来运行良好,为用户节▆约了能源,减少了用户对环境的污染,并且给用户带来了可观的○经济效益。