[发明专利]一种地铁能量回馈装置的控制系统及其控制方法

说明书

本发明具体涉及一种地铁能量回馈装置的控制系统及其控制方法，电路包括：主电路为三相变流器；控制电路为：将直流电网的实际电压值Udc与预设的参考电压值Udc_ref做差输入电压环PI控制器；电压环PI控制器输出有功电流的指令电流Id*；控制后台设置的无功功率指令Qr输入无功电流指令运算模块输出无功电流指令Iq*。有功电流的指令电流Id*、所述无功电流指令Iq*以及经过锁相环采集的回馈变压器一次侧的相位信息共同输入dq/abc反变换模块；dq/abc反变换模块输出三相电流的参考指令Ia*,Ib*,Ic*。Ia*,Ib*,Ic*分别与实时电流ia,ib,ic电流进行做差后的三相电流值分别输入三个PR控制器。采用本发明的能量回馈装置，其逆变回馈功能不受任何影响，同时可最大程度提供最大的无功功率的输出能力。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种地铁能量回馈装置的控制系统及其控制方法。

背景技术

城市轨道交通牵引供电系统中，列车再生制动刹车时，刹车产生的能量回导致直流侧网压升高，目前对于这部分能量的主要处理方式为电阻制动，即通过在站内或列车上安装电阻，以消耗掉该电能，保证牵引电网的稳定性。但这会使得电能白白浪费掉，同时电阻发热会增加轨道交通环控设备的投入。

再生制动能量回馈装置是以大功率开关器件为核心的变流器装置。该设备采用快速检测算法以及对大功率开关器件的自动控制技术，可以将列车刹车时产生的再生电能，通过变流器转换为交流电能，并回馈到交流、供电系统中，供其他牵引机组或站内负荷使用。该设备可以完全避免电阻制动的各种弊端，将列车再生制动的电能最大程度的吸收，从而实现节能减排的目的。

再生制动能量回馈装置运行时，现有工作模式一般为逆变回馈模式，即列车在刹车过程中，直流侧网压会升高。能量回馈装置的电压传感器实时检测直流侧电压的大小，当该电压大于设备的启动电压时，设备即启动，通过稳定直流侧电压，将直流侧能量通过变流器，回馈至交流电网，从而实现将直流侧能量转换为交流能量再利用的目的。而在刹车过程结束后，设备一般处于待机模式或零电流并网模式。这种情况下对于能量回馈设备来讲是一种等待模式。

由于地铁供电系统传输距离长、用电设备复杂，导致线路中存在的一定的无功功率。该无功功率一方面会加重主变电所变压器的负荷强度，同时所带来的过低的功率因数，会导致地铁运营公司电费的增加。因此一般在地铁的主变电所35kV/10kV侧配置一定容量的中压无功补偿装置SVG，以提高电网的功率因数，提高供电的稳定性和电能质量。如果能将再生能量回馈装置在容量允许范围内(包括列车处于出站后和进站前的等待期间以及夜间不运行的时刻)，用作无功补偿功能，可在很大较大上降低主变电所的SVG的容量(一般单台能量回馈的容量可达2～4MVA，而主变电所一个供电区间内SVG的容量不超过10MVA)，在安装多台能量回馈装置时，甚至可以取消中压SVG装置，从而明显降低设备的安装运营成本。

目前，已公开的文献中，专利号CN 102267405 B一种能馈型牵引供电装置及其控制方法，该专利中提出能馈式牵引供电系统具有牵引、回馈或无功补偿三种工作模式可选择。其中，各模式分别独立运行，在牵引回馈模式下，无法运行无功补偿功能。同样，在无功补偿模式下，同样无法进行回馈模式运行。没有提及两种模式直接的协调运行方法。专利号CN 201878041 U一种具有无功补偿功能的能馈式牵引供电装置，其无功补偿功能仅是针对地铁在夜间停运或非高峰时段时，通过主控下发指令来进行无功功率控制输出。而在列车频繁刹车期间，无功补偿功能与制动回馈功能二者之间如何协调配合，才能使得列车运行的效用发挥到最大并没有提及。

因此本发明提出一种基于地铁能量回馈装置的控制系统及其控制方法，通过对无功补偿功能与列车制动回馈功能间的协调控制算法，来实现能量回馈装置的回馈功能优先、同时具有无功补偿能力最大化的运行控制方法。

发明内容

1、所要解决的技术问题：