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一种高效可靠的轨道交通机车再生制动能量吸取计划

2017-06-04 13:37:38
一种高效可靠的轨道交通机车再生制动能量吸取计划
An Efficient and Reliable Solutions of Rail Locomotive Regenerative Braking Energy Absorption
    新风光电子科技股份有限公司  周玉兰  任新元  田利瑞
Zhou Yulan  Ren Xinyuan  Tian Lirui
摘  要:按照城市轨道车辆启停频仍制动的市场需求,新风光研制了一种高效可靠的再生制动能量吸取安装。本文引见了该安装的体系构造和事情道理。现场运转证实该安装具有并网电流谐波小,回馈能量服从高,可靠性高档特性。
关键词:轨道交通  再生制动  逆变  节能
Abstract: According to the frequent start-stop urban rail vehicle brake market needs, XINFENGGAUANG developed a highly efficient and reliable regenerative braking energy absorption devices. This paper describes the system structure and operating principle of the device. The device has proven field operation and net current harmonics small, high reward energy efficiency and reliability.
Key words: Rail transport  Regenerative braking   Inverter   Saving
1媒介
        今朝城市轨道交通直流牵引供电系统接纳二极管整流器,电能只能从交换电网向直流牵引网单向流动。当车辆制动时,过剩的再生制动能量使直流电网电压降低。传统的解决方法是设置电阻制动安装,但这将形成电能的极大华侈并带来温升等其它成绩。因为轨道交通车辆起制动频仍,制动能量相称可观,若能加以公道操纵必能发生优良的经济效益。
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飞轮储能,其事情道理是在列车发作再生制动时,电动机驱动转子扭转停止能量贮存,直至到达许可的最大转速;当列车需求能量时,电动机切换到发电机工况,开释飞轮中贮存的能量直至到达最低事情转速并转变为变电所供电。其缺陷是期限简单遭到机器部件磨损的影响而大幅度低落,而且其投资与维护费用均较高。
        电制动的第四种是逆变吸取方法,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 新风光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(以下简称逆变安装)是新风光为满意轨道交通机车绿色环保运转的市场需求,研制胜利的新一代机车制动再生能量处置装备。该逆变安装属于逆变回馈型。逆变安装按照各个传感器检测旌旗灯号,综合判定直流电网上能否有列车处于再生电制动形态,一旦确认列车处于再生制动形态并需求吸取能量时,系统启动吸取历程。逆变安装把机车刹车制动时发生的能量转换成AC400V电压,主动跟随AC400V母线电压,并向负载供电,将再生能量消耗在用电装备上,或经隔离变压器反送至35kV /10kV电网。在直流牵引供电系统中,再生制动能量吸取安装做为一个子系统工程,其感化关乎体系的安全。
        该产物比拟以往装备,具有静态呼应快,并网电流谐波小(THD小于3%),回馈能量服从高(大于98%),可靠性高。产物经铁道部质量监视查验中心查验,各项技术指标均到达设想要求。
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)。
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图1 体系构成框图
2.2 逆变安装主回路拓扑
       逆变安装次要由输入输出开关、逆变单位、隔离变压器、开关柜等几部门构成,逆变安装框图如图2所示。

图2 逆变安装框图
(1)输入输出开关
次要包罗输入直流接触器、输出交换接触器等器件。别离用于逆变安装输入、输出的接通与分断。
(2)逆变单位
逆变单位的次要感化是把体系霎时刹车储蓄积累的能量逆变成与电网电压同步的交流电回送至电网。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,逆变主电路接纳二极管箝位三电平电路拓扑。主电路拓扑如图3所示。

图3逆变单位主电路拓扑
(3)隔离变压器
  逆变单位输出交换电压1000V/500V,经隔离变压器接到35kV/10kV/400V电网。
 (4)开关柜
  逆变安装输出经隔离变压器后接入35kV/10kV/400V电网。
2.3手艺特性
(1)抢先的掌握手艺
        控制系统由DSP+FPGA/CPLD+PLC构成。控制系统具有自动化数据收罗功用,用于搜集安装内部形态旌旗灯号。接纳MODBUS数据传输方法与上位机体系接口,并提供所有形态信息。
2主回路接纳三电平拓扑电路构造
        低落了器件耐压品级,利于减小网侧电流谐波。
3易于实现容量扩大
        控制系统网侧呈电流源特性,易于多单位并联实现安装容量扩大。
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        网侧功率因数可调,逆变安装能够做到单元功率因数运转。
5谐波特性好
        网侧电流波形正弦化,电流总谐波(THD)小于3%。
6呼应快,服从高
        具有静态呼应快,能在毫秒内输出额定电流,整机服从98%以上。
7)庇护功用齐备
        逆变安装具有过压、欠压、偏压、过流、短路、超温等多种庇护功用,当某一逆变单位毛病时,整机仍能够降额事情,不影响机车一般运转。
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       重庆某线路逆变安装投入运转后,现场测试逆变安装直流母线与逆变三相输出电流波形,如图4所示。逆变安装直流网压、整流电流、吸取电流测试如图5所示。
 
图4 逆变直流母线与逆变三相输出电流波形

图5 逆变安装直流网压、整流电流、吸取电流测试
       以重庆地铁某站安装的逆变安装为例,按照业主电度表计量的数据,日回馈电能1400度阁下,参考产业用电价钱1元/度,该站点一天节流运转本钱1400元阁下,该逆变安装节电结果长短常较着的。同时,对地道内部的透风、散热需求低落,综合来讲,轨道交通每1-2千米就有一个站点,假如每一个站点都安装该逆变安装装备,那么地铁运转本钱将会大大低落。
4结束语
       新风光再生制动能量吸取逆变安装掌握车辆电制动时的运转电压,保障了车辆的安全运转。逆变安装投运后节电效果显著,契合国度节能减排的大政方针。同时低落了车辆运转地道内的透风散热需求,提高了相干装备的运转环境质量。“十二五”时期,跟着轨道交通节能环保、绿色化的主题不得人心,该逆变安装远景可期。
 
参考文献:
    1、再生制动逆变安装 FDBL-1500-1200 用户手册  山东新风光电子科技发展有限公司
2、GB/T 10411-2005《城市轨道交通直流牵引供电系统》 2005
 
周玉兰:女,学士,自动化专业,2005年进入山东新风光电子科技发展有限公司,处置新产品研发与工艺事情。
 
 
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