[发明专利]共整流变压器中压型再生制动能量回馈装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及城轨牵引供电系统的再生制动能量回馈技术，具体涉及一种共整流变压器中压型再生制动能量回馈装置及其控制方法。

背景技术

目前在城轨牵引供电系统中，处理列车制动时产生的再生能量方面主要存在三种解决方案，一种是低压回馈+电阻消耗的方案，主要由低压变压器、变流器、斩波器、制动电阻等组成，将制动能量回馈到低压配电AC400V电网内，多余能量则由制动电阻消耗掉，因低压配电变压器容量较小，当制动能量较大时，大部分的能量是由制动电阻消耗，再生能量重复利用率较低；另一种是中压能馈方案（独立支路型），主要由高压开关柜、高压变压器、变流器组成，是将制动能量通过回馈变流器反馈至变电所内中压交流电网，该解决方案回馈功率较大，在谐波、功率因数、抗孤岛等方面具备非常好的电网兼容性，在城轨集中式供电系统中应用优势明显，但在分散式供电系统中，会有部分回馈的能量反馈至电业局下的变电所内，不能完全由地铁运营方重复利用，两种方式各有适用局限；最后一种则采用超级电容储能装置，将制动能量存储在超级电容中，当列车牵引启动时，再释放出来，该系统主要由DC/DC斩波器和超级电容器组成，超级电容器的快充快放特性很适合城市轨道交通中列车的运行特性，但对于较大容量的超级电容器，其体积较大，占地面积广，且目前超级电容器的寿命有限，应用与城轨供电系统，需频繁启动、制动，超级电容器始终处于充电、放电的状态，影响超级电容器寿命。

目前在国内外应用较为成熟的是再生制动能量回馈装置，即将列车制动产生的能量通过逆变转换为交流电，再回馈至交流电网。再生制动能量回馈装置按回馈点电压的不同分为低压型能量回馈装置、中压共用整流变型能量回馈装置、中压独立支路型能量回馈装置。其中低压型能量回馈装置可以实现在一定功率范围内回馈制动能量，但吸收能量有限，一般需加装电阻消耗装置，效率较低；中压共用整流变型能量回馈装置（未采用隔离变压器）可以实现全功率范围内制动能量回馈，但因不采用隔离变压器，导致能馈装置与整流机组之间存在环流，效率较低，保护兼容性差；中压独立支路型能量回馈装置可以实现全功率范围内制动能量回馈，采用多重化拓扑结构，设备投资较高，占地较大。

近年来，我国城市轨道交通建设发展迅速，城轨供电系统作为轨道交通的重要组成部分，其能耗指标是城轨运营的重要指标，节能降耗及技术升级的要求使城市轨道交通对于合理利用再生能量有愈加强烈的需求。为了推动城市轨道交通建设向资源节约型、环境友好型的绿色、可持续性方向发展，需要开展轨道交通再生制动能量二次节能利用系统的研究。城轨列车的中压独立支路型再生制动能量回馈系统目前已在国内地铁线路应用，且国内目前大部分的地铁线路在建设初期已做能馈装置的设计预留，采用能量回馈方式作为列车再生制动能量二次利用处理方案已经是城轨节能的主流趋势。对于能馈装置接入整流变压器方案，在现有技术当中与本专利相关的内容主要有以下方式：现有技术一：公开号为201210065612.X的中国专利文献公开了一种能馈式牵引供电装置，包括变压器、二极管整流机组和PWM整流机组，该能馈式牵引供电装置还包括双向DC-DC变换器，该发明采用双向DC-DC变换器与二极管整流机组和PWM整流机组的直流侧连接，实现PWM整流机组与二极管整流机组共用一个变压器，该发明系统复杂，控制较难于实现。现有技术二：国外厂家采用直接与二极管整流器并联的方式，变流器的交流输出侧直接与整流变压器相接，中间无隔离变压器，直流侧则通过直流电抗器均流后相接，该方式省一台隔离变压器，减少了装置尺寸和占地面积。然而，上述共用整流变压器的中压型再生能量回馈装置的现有方案中，存在着一定的缺点。现有技术一在PWM整流机组和二极管整流机组间加入了双向DC-DC变换器，系统电路复杂、控制系统复杂、投资成本高。现有技术二则是变流器机组直接与二极管整流器并联，接入整流变压器次边，该方案没有隔离变压器，减少了设备尺寸及占地面积，但在变流机组正常工作过程中，与二极管整流器间会产生环流，降低了系统回馈能量的效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够消除能馈单元和整流机组间的环流、比低压回馈装置回馈容量大、比传统中压回馈装置结构简化，总装尺寸和占地面积少，降低了成本，通用性好的共整流变压器中压型再生制动能量回馈装置及其控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：