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再生制动能量吸取逆变体系设想及使用

2015-04-09 10:47:45
再生制动能量吸取逆变体系设想及使用

方汉学
山东新风光电子科技发展有限公司,272500,济宁

 
www.i22138.com再生制动能量吸取逆变体系次要使用在城市轨道交通范畴,其感化是将机车制动时发生的能量回馈到交换电网,以实现能源的综合利用,到达节能降耗的目标。本文对再生制动能量吸取逆变体系的设想,包罗主电路引见、掌握道理及庇护功用等内容,以及现场使用时节能结果和现场使用相干等成绩停止论述。
www.i22138.com 再生制动  能量回馈 逆变 节能

Design and Application of Inverter System of Regenerative Braking Energy Absorption
Abstract:Regenerative braking energy absorption is mainly used in inverter system in city track traffic field, its role is to exchange network feedback for generating  locomotive braking energy, to achieve the comprehensive utilization of energy, to achieve the purpose of energy saving. This paper absorption design of inverter system for regenerative braking energy, including the main circuit, the control principle and protection function and so on, and the field application effect of energy saving and field application are discussed.
Key words:Regenerative braking;energy feedback;inverter;energy saving

        都会的交通拥堵成绩在海内大、中型都会日趋严峻,曾经成为影响都会经济发展的主要制约身分之一。因为城市轨道交通的浩瀚长处,具有运量大、速度快、工夫准、能耗低、净化少和安全温馨等特性,因而城市轨道交通方法无疑是处理城市交通拥堵成绩的一种有用手腕。城市轨道交通次要包罗地铁、轻轨、磁悬浮和有轨电车等运输方法,愈来愈多的都会投入到开展城市轨道交通的高潮中。
1 使用布景
       因为城市交通其运转特性的特殊性就是运转速度快,启动、制动频仍,且制动时会发生大量的能量。
        现制动方法次要能够分为两大类:一是机器制动(动能转化成热效能),机器摩擦制动的缺陷是接触面简单磨损;摩擦时发生高温可融化炙烤踏面;摩擦后发生的粉尘有严峻净化的。二是电制动,把动能转化为电能后,再将电能送回电网或变成热效能耗损掉,如今电制动次要是接纳电阻吸取方法,其次要缺陷是只能将电能转换为热效能耗损掉,形成能源华侈,并且电阻散热会招致温度降低,因而需求增长响应的透风安装,即同时增长响应的电能耗损。
        电制动的另一种吸取方法是电容储能型,将制动能量吸取到大容量电容器组中,当供电区间有列车需求取流时将所贮存的电能开释进来,其次要缺陷是要设置体积宏大的电容器组,且电容因频仍处于充放电形态而招致使用寿命短。
        电制动第三种方法是逆变吸取方法,是将车辆制动时发生能量颠末逆变变成工频交流电与车站内电网并网,该吸取方法有利于能源的综合再利用,实现了节能,是今朝日趋正视并鼎力推行的方法。
2 再生制动能量吸取逆变安装
        轨道交通其牵引供电系统在机车牵引变电所,普通1-2千米就需求设置一个机车牵引变电所,每一个机车牵引所都需求装备再生制动能量吸取装备。  
        再生制动能量吸取逆变安装为逆变回馈型,就是将车辆制动所发生的能量颠末逆变安装回馈到电网。逆变安装及时检测直流侧电压,当直流侧电压高于必然值时,主动触发逆变安装投入事情。
2.1体系构成   
       体系构成框图如图1所示,如今大部分城市轨道交通牵引所都是35kV或10kV电网,颠末牵引整流变压器,再停止12脉波整流输出直流1500V或750V给机车供电。
再生制动能量吸取安装是并联在1500V/750V直流体系中,颠末逆变安装变成交换,经隔离变压器输入到电网(35kV/10kV/400V)。
2.2 逆变主电路设计
        今朝地铁牵引供电系统电压普通有两个电压品级即直流750V和1500V。凡是接纳通例功率器件IGBT的电压品级为1700V、1200V,其封装情势一样,便于产物化实现批量消费。
        逆变主电路接纳二极管箝位三电平电路拓扑,能够包管1500V电压品级十分便利实现,而且电压余量大,更能够包管体系可靠运转。
       逆变单位主电路原理图如图2所示,逆变输出电压波形、输出电流波形别离如图3、4所示。
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        主电路接纳三电平电路拓扑其次要长处,每一个主功率器件关断时接受的电压仅为直流侧电压的一半,功率器件电压余量大,包管体系可靠事情,并耽误器件使用寿命;输出波形谐波小,包管电网质量;不异电压状况下du/dt小,电磁滋扰小;不异开关频次的状况下,开关消耗比两电平电路的开关消耗小,体系温升低,可提高体系服从并耽误器件使用寿命。
2.3 控制系统设想
        逆变单位接纳电流闭环控制,可以包管输出电流波形质量;逆变单位输出显现电流源特性,可以很好合适单位并联以到达容量扩大。
       上面就一个单位作简朴实际阐发,疏忽调制历程引进的非线性,疏忽高次谐波,则每一个单位可简化成一个线性放大体系。其掌握框图如图5所示。

K1为放大器增益,K2为逆变器增益,逆变器内阻和电抗器阻抗近似暗示为Z(s)R+Ls。单位内闭环传递函数为:
 
,疏忽内阻,低频段增益为:
 
闭环后逆变单位内阻为:
        闭环后,单位内阻大大增大,可近似为电流源。
        安装为获得大功率输出可采用多个逆变单位并联,每一个单位自力掌握,具有冗余事情的特性,即便单位呈现庇护,其他逆变单位能够一般事情,进一步提高安装运转的可靠性。并且每一个逆变单位构造上完全一致,能够交换,这使得调试、维修十分便利。
2.4 体系庇护功用
        单位设置有过压、偏压、过流、短路、超温庇护功用,当某一逆变单位毛病时,整机仍能够降额运转,不影响整机一般事情,同时把单位的事情形态传给上位机。
逆变安装体系设置有电网过压、欠压、直流母线过压、欠压庇护功用。
3 现场使用
        重庆地铁电压品级均为直流1500V,一号线、三号线、六号线停止2013年12月共有46台装备。重庆某站现场装备照片如图6所示。
        地铁电压品级有750V和1500V两种,六号线、七号线、九号线、十号线、十四号线停止2013年12月共有45台。北京某站现场装备照片如图7所示。www.i22138.com
3.1 现场节能状况
        一号线和六号线某站逆变安装(容量900kW)日均节电状况以下表所示。参考产业用电1.00/度,以日均1000度计较每个月节省电费3万元,一年可节流36万元;如果接纳电阻吸取耗损,除耗损电费36万,还需增长分外透风设备来散热。

4 关于现场使用相干成绩会商
        再生制动能量吸取逆变安装,固然现场已有百台装备使用,节能结果并获得承认和好评,但关于用户来讲仍是新产品,因而对此安装的几个使用成绩,想提出来一同会商交换,以便更好地理解此安装。
4.1 关于再生制动能量吸取安装节能成绩
        制动能量吸取安装节能结果是用户和生产厂家最为体贴的成绩,间接关系到此产物能否满意用户需求,能否有使用远景。
        器(不包括隔离变压器)转换服从普通到达98%阁下,现场节能服从与逆变器自己干系不大,真正影响现场节能服从的枢纽是逆变器的容量。逆变安装的容量巨细是间接影响可以吸取多少能量到电网的枢纽目标,现场按照制动能量数据挑选适宜容量的逆变器是很重要的;逆变器的容量间接表现逆变器利用率的枢纽目标,逆变器的利用率也是影响体系节能的主要身分。
4.2 关于再生制动能量吸取安装回馈电网成绩
        制动能量吸取安装回馈到400V电网,仍是10kV电网或是35kV电网,到底回馈到哪种电网适宜,我个人以为需求综合来判定。
        今朝地铁使用,逆变器次要有两个直流电压品级1500V、750V,别离对应逆变器交换输出1000V、500V,现场需求回馈到哪个电网,仅仅是逆变器输出设置的隔离变压器的规格不一样,能够是1000V(500V)/400V、1000V(500V)/10kV、1000V(500V)/35kV等差别型号的变压器,逆变器的各类机能、参数目标完整一样。
        400V配电网比拟中压网容量要小,用户可能会以为回馈高压电网不能完整吸取制动能量,按照各都会地铁用电数据来看,牵引供电占到50%-57%,照明、透风等供电占到43%-50%,若根据配电网用电状况,只要挑选适宜的逆变器容量完整能够回馈到配电网,即制动发生的能量可完整用于除牵引外的用电装备。
        回馈到400V电网与中压网比拟其长处,一是从运转可靠性来说,若逆变器非常,不会影响到牵引网,不会影响车辆运转;二是400V隔离变压器和400V开关柜相对价格便宜,体积小。
        回馈10kV/35kV中压网方法其长处,因中压电网相对400V配电网容量大,以是逆变器可选容量范畴大;若挑选同容量的逆变器,逆变器对中压网的打击和滋扰相对会小。
4.3 关于吸取方法
        不论是车辆配车载电阻仍是站内配电阻,站内再增长逆变吸取方法,其事情方法都可以为是混淆吸取方法。
电阻加逆变混淆吸取方法其事情方法是,车辆制动时检测到直流母线电压到必然值时,逆变优先吸取,若测到直流母线电压持续降低到另外一定值时,电阻才开端吸取;一样若车辆上带有车载电阻,其事情方法与上述一样。
        从运转可靠性上来说,带有电阻的吸取方法更加可靠,逆变吸取为主,电阻吸取为辅。从本钱上来说,能够挑选适宜容量的逆变器,也能够让逆变器的利用率最大化。
4.4 逆变吸取容量挑选
       如何挑选适宜的逆变吸取容量,也是让用户真正停止系统性节能的主要方面。
       关于并网型的逆变器来讲,逆变器输出显现电流源特性,很容易实现容量的扩大,理论上逆变容量按最大的制动能量来挑选,吸取利用率越大,但响应本钱也会越高。
       针对曾经运营的老线,假如有电阻吸取的统计数据,就能够很好的挑选逆变吸取容量。按照天天、每个月等电阻吸取的数据停止统计分析,制动发生能量巨细及呈现频次,来判定需求吸取操纵的能量巨细,从而肯定逆变吸取容量。挑选时包管大部分的制动能量可以吸取操纵,又包管逆变器利用率最大化。
        关于生产厂家来讲,供给高可靠性的产物是其不懈努力的标的目的;关于用户来讲,挑选性价比高的产物也是其不竭寻求的目的。
5 结语
        本文对再生制动能量吸取逆变体系的设想、现场使用节能结果以及使用相干成绩停止论述,与行业内专家配合讨论。因为常识有限,了解不免会全面或毛病,还请列位专家攻讦斧正。
        跟着轨道交通的快速开展,再生制动能量逆变吸取方法会被愈来愈多的用户承受和承认,该产物也会在地铁行业遍及使用。
 
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