[发明专利]一种模块化的能量回馈式牵引供电装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种牵引供电装置及控制方法，尤其指采用多个PWM整流器并联、具有能量回馈功能的牵引供电装置及控制方法。

背景技术

发展城市轨道交通，有利于缓解城市交通日益拥堵的现状，有利于改善城市人居环境、促进城市可持续发展。

目前，中国地铁和轻轨的牵引供电装置采用传统的二极管整流器，供电电压主要为750V或1500V。这种二极管整流器虽然结构简单、成本较低，但也存在一些固有缺点：首先是车辆制动时的能量不能回馈交流电网，对于需要频繁启动/制动的轨道车辆，无疑会造成大量的能量浪费；其次是输出电压波动大，车辆的启动、制动，以及交流输入电压的波动，都会造成直流输出电压的较大波动，不利于车辆全功率可靠运行。再次是车辆上需要配备笨重的制动电阻，不利于车辆轻型化，还带来散热的问题；此外，其对交流电网谐波污染也比较大。采用PWM整流器能够克服二极管整流器的以上诸多缺陷，但是单台PWM整流器容量难以做到数兆瓦，况且单台容量太大也不利于供电系统容量的灵活配置，还会降低供电的可靠性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种模块化的能量回馈式牵引供电装置及控制方法，采用多个模块化的PWM整流器并联，既满足大容量要求，又可提高供电的冗余性和可靠性。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种模块化的能量回馈式牵引供电装置，其特殊之处在于它包括：

一个多绕组变压器，该变压器由一个原边绕组和多个副边绕组组成，原边绕组接交流电网，采用星形连接，每个副边绕组连接一个PWM整流器单元，各副边绕组的连接方式相同，均采用三角形连接；

多个PWM整流器单元，所有整流器单元的直流输出都并联到直流母线上作为为该供电装置的总输出；

一个中央控制器，该中央控制器与各PWM整流器单元通过CAN网络互联。

一种基于模块化的能量回馈式牵引供电装置的控制方法，其特殊之处在于：

在中央控制器上设置一个直流电压环，控制直流输出电压稳定，每个PWM整流器单元设置交流电流内环，控制流经各PWM整流器单元交流电流，交流电流内环采用基于同步旋转坐标系的电流解耦控制方法，将电流转换到同步旋转dq坐标系后分别对d轴电流和q轴电流进行PI控制，d轴电流的给定值由中央控制器上的直流电压外环的输出决定，q轴电流给定为0；

中央控制器通过控制投入运行的PWM整流器单元的数量、开关频率，进行运行效率优化，通过调节各PWM整流器单元的d轴电流分配系数，实现功率均分；

采用错时空间矢量脉宽调制减小交流电流谐波。

本发明与现有技术相比，具有的优点是：本发明提出了一种模块化的能量回馈式牵引供电装置及控制方法，采用多个模块化的PWM整流器并联，既满足大容量要求，又可提高供电可靠性；该供电装置特殊的电路结构，使之易于模块化设计，方便扩容，系统可靠性提高，并且能量能够双向流动，车上无需制动电阻，直流电压稳定，交流电流谐波含量小。

附图说明

图1模块化的能量回馈式牵引供电装置组成图

图2PWM整流器单元控制原理框图

图3传统PWM整流器控制原理框图

图4中央控制器工作原理图框图

图5实施例供电装置系统组成图

图6软件锁相环原理图

具体实施方式

本发明提出的一种模块化的能量回馈式牵引供电装置，它包括：

一个多绕组变压器1，该变压器由一个原边绕组和多个副边绕组组成，原边绕组接交流电网，采用星形连接，每个副边绕组连接一个PWM整流器单元，各副边绕组的连接方式相同，均采用三角形连接；

多个PWM整流器单元2，所有整流器单元的直流输出都并联到直流母线上作为为该供电装置的总输出；

一个中央控制器3，该中央控制器与各PWM整流器单元通过CAN网络4互联。

所述的中央控制器包括一个直流电压传感器和一块CPU板，该CPU板含一个数字信号处理器和一个CAN通信接口。

各PWM整流器单元中功率开关管选用高集成度智能功率模块。

现结合附图详细描述本发明最佳实施例：

本实施例所述供电装置包括：一台三绕组变压器、两个PWM整流器单元，以及一个中央控制器，如图5所述。直流输出电压额定值为750V，系统总容量为1MW。

1.多绕组变压器

变压器的作用是将高压交流电压降到PWM整流器所需交流电压。同时，各PWM整流器单元的交流侧通过多绕组变压器实现隔离，在电气上阻断了PWM整流器单元之间的环流通路，提高了系统的可靠性。