本发明专利技术属于高压电气化铁路节能设备技术领域，涉及一种高压交流动车组再生制动能量回馈吸收利用装置，变电站分别与第一降压变压器和第二降压变压器的输入端电连接，动车组分别与变电站输出端和第一降压变压器输入端电连接；第一降压变压器的输出端分别连接有电阻卸载单元和可控整流单元；可控整流单元与滤波单元电连通；逆变单元的一端与滤波单元电连通，另一端与逆变输出滤波单元电连通换；隔离变压器的两端分别与逆变输出滤波单元和400V低压网络电连接，其总体结构设计简单，原理可靠，控制能力好，能量吸收效率高，转化效率高，电学原理简单，制备成本低，能耗小，环境友好。
【技术实现步骤摘要】
—种高压交流动车组再生制动能量回馈吸收利用装置
:本专利技术属于高压电气化铁路节能设备
，涉及一种再生制动能量回馈吸收利用装置，特别是一种城际铁路高压交流动车组再生制动能量回馈吸收利用装置。
技术介绍
:在城际铁路交通中，交流传动方式已经普遍采用，城际铁路高压交流动车组在运行过程中，由于两站之间的距离较短，动车组需要频繁起动和制动，因此要求动车组的起动加速度大，制动减速快，制动平稳，在制动过程中，动车组产生巨大的制动能量，对产生的制动能量进行回收利用已成为现有城际铁路运营成本的重要课题。在现有技术中，制动能量吸收方式主要包括电阻耗能、逆变回馈、电容储能和飞轮储能等几种，但是这几种吸收方式都存在各自的优缺点，电阻耗能只能将电能转换为热能排掉，能源浪费严重；电容储能需要设置体积庞大的电容器组，占用城际铁路宝贵的地下空间；飞轮储能对飞轮的制作工艺要求高，而且飞轮储能制作成本很高，使用寿命不理想；对于逆变回馈，近几年国内外已开始采用，但大都是针对低压直流(DC1500V，DC750V)供电系统，目前尚未见有对高压交流供电系统的制动能量地面吸收回馈的相关报道和公开使用。
技术实现思路
:本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种城际铁路高压交流动车组用的再生制动能量回馈吸收利用装置，把动车组电制动过程中产生的再生制动能量回馈至低压电网重新利用，吸收再生制动引起的交流母线泵升高压，达到节能环保和制动安全的目的。 为了实现上述目的，本专利技术的主体结构包括变电站、第一降压变压器、电阻卸载单元、可控整流单元、滤波单元、逆变单元、逆变输出滤波单元、隔离变压器、400V低压网络、变电站牵引变压器、第一高压侧电流传感器、第二高压侧电流传感器、第一信号变送器、动车组、第二信号变送器、第三信号变送器、第四信号变送器、监控软件、上位机、显示系统、下位单片机总成、信号采集模块、整流控制模块、逆变控制模板、电阻卸载控制模块、高压真空断路器、预投电阻、第二降压变压器和调功电阻模块；变电站分别与第一降压变压器和第二降压变压器的输入端电连接，动车组分别与变电站输出端和第一降压变压器输入端电连接；变电站电压变换后为动车组提供单相27.5kV电力能源；第一降压变压器将27.5kV降压为适用于本装置的电压等级，范围为AC590V或AC1180V;第一降压变压器的输出端分别连接有电阻卸载单元和可控整流单元，电阻卸载单元由电阻卸载控制模块和预投电阻负载组成，当逆变单元满功率或故障时作为后备使用；可控整流单元将降压后的单相交流电变换为适合逆变器输入的直流电压范围内(DC750V或DC1500V);可控整流单元与滤波单元电连通，滤波单元稳定可控整流单元的输出电压；逆变单元的一端与滤波单元电连通，另一端与逆变输出滤波单元电连通，实现DC/AC变换；逆变输出滤波单元将逆变单元输出的电流波形滤波成正弦波，THD (总谐波失真)控制在5%以内；隔离变压器的两端分别与逆变输出滤波单元和400V低压网络电连接，隔离变压器具有隔离作用，防止逆变输出滤波单元输出的直流电直接与400V低压网络电气相连；400V低压网络为逆变并网的目标网络；变电站牵引变压器提供单相27.5kV电能；变电站牵引变压器的输出端分别与第一高压侧电流传感器和第一信号变送器电信息连接，第二高压侧电流传感器的一端与高压侧27.5kV牵引网母线连接，另一端与第四信号变送器电连接；第二信号变送器的一端与高压侧27.5kV牵引网母线电连接，另一端与第三信号变送器电连接；第一高压侧电流传感器和第二高压侧电流传感器测量电流；第一信号变送器、第二信号变送器、第三信号变送器和第四信号变送器把信号转换成适应于控制器的输入信号；第一信号变送器、第三信号变送器和第四信号变送器分别与上位机电连接，上位机具备有监控软件和显示系统；与上位机电连接的下位单片机总成连接有信号采集模块、整流控制模块、逆变控制模板和电阻卸载控制模块；预投电阻负载提高降压变压器的动态响应，减小冲击电流产生的磁滞现象发生而影响检测速度，投入后使降压变压器一直有负荷电流经过；当逆变模块满功率或故障时，调功电阻模块通过调节吸收功率使27.5kV侧网压恒定在设定范围内；动车组再生制动时会反馈再生电能，反馈再生电能会导致27.5kV单相电压泵升，电压泵升会反应至降压变压器低压侧，同时整流输出的直流电压也会升高，超过系统设定的吸收值时三相逆变器工作将电能回送至400V低压网络，使27.5kV侧电压迅速降低，400V低压网络为由另一母线降压供电的站内低压负载(如排风扇、加热器、电梯、照明等负载)；当逆变功率超负荷，但27.5kV侧电压还在持续升高时启动电阻卸载模块，以热能的形式消耗电能，降低27.5kV侧电压；当400V低压网络吸收能力不足时，在允许条件下逆变回馈的电能经400V侧的降压变压器反馈至上一级网络。本专利技术采用恒压相控并网吸收控制系统和恒压调功电阻吸收系统两种制动能量吸收系统进行工作，恒压相控并网吸收控制系统是由相控整流器与并网逆变器组成的主系统；恒压调功电阻吸收系统(电阻卸载单元)是由BCR(双向可控硅)和耗能电阻组成的辅助系统；当动车组进行制动时，恒压相控并网吸收控制系统先启动工作，由相控整流器和并网逆变器将再生制动能量以AC400V电压与低压电网并网，利用车站站内用电负载进行消耗吸收；若检测高压网压仍在再生制动状态(大于27.5KV)，则恒压调功电阻吸收系统(电阻卸载单元)各电阻依次进入工作，直至泵升电压被吸收(高压线网电压被控制在一定的范围)，则恒压调功电阻吸收系统(由各电阻组成)和恒压相控并网吸收控制系统依次反顺序退出；以上动作采用集中分布式计算机控制系统来实现，系统控制采用集中分布式计算机控制系统，其中工控机用于完成数据处理、检查和记录功能；16位单片机实现现场数据采集、数据预处理和功率元件控制保护功能，由于目前尚无交流机车再生制动系统的全部参数(特别是分布电感、内阻、瞬时最大再生电流及其电流上升率等)，且考虑到供电线路和阻抗参数不是恒定值(由于机车在运动，故线路参数是一个变量)，采用模糊控制方式来实现再生功率吸收装置的控制；恒压调功电阻吸收系统的功率元件采用晶闸管，由于晶闸管控制简单，不易损坏，成本较低，且很容易维护，其吸收电路亦比较成熟，可靠性远大于其它半导体器件，故选用它为功率元件；集中分布式微机检测控制系统采用快速开关投切“恒压相控并网吸收控制系统”(相控整流逆变单元)和恒压调功电阻吸收系统(电阻卸载单元)，并根据再生制动时线网电压的变化状态调节调功器导通角(30°?150° )从而改变吸收功率，将线网电压恒定在某一设定范围内。本专利技术由于线网电压等级是27.5KV (动车组工作电压为25KV额定电压)属于高压系统，动车组实施电气制动时，在30?50ms内网压将上升到31.5KV，即电压上升率du/dt较大，通过计算机检测手段，要想在极短暂的时间内将吸收电阻投入，普通机械动作式开关的开关时间(几十毫秒)达不到要求，采用电力电子元件(微秒级)来实现，大功率快速BCR(反并联双向导通可控硅)的耐压等级都不超过6500V，须将网压通过降压变压器降到快速管能承受的数值，确定使用1200V作为低压电压；整套吸本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高压交流动车组再生制动能量回馈吸收利用装置，其特征在于主体结构包括变电站、第一降压变压器、电阻卸载单元、可控整流单元、滤波单元、逆变单元、逆变输出滤波单元、隔离变压器、400V低压网络、变电站牵引变压器、第一高压侧电流传感器、第二高压侧电流传感器、第一信号变送器、动车组、第二信号变送器、第三信号变送器、第四信号变送器、监控软件、上位机、显示系统、下位单片机总成、信号采集模块、整流控制模块、逆变控制模板、电阻卸载控制模块、高压真空断路器、预投电阻、第二降压变压器和调功电阻模块；变电站分别与第一降压变压器和第二降压变压器的输入端电连接，动车组分别与变电站输出端和第一降压变压器输入端电连接；变电站电压变换后为动车组提供单相27.5kV电力能源；第一降压变压器将27.5kV降压为适用于本装置的电压等级，范围为AC590V或AC1180V；第一降压变压器的输出端分别连接有电阻卸载单元和可控整流单元，电阻卸载单元由电阻卸载控制模块和预投电阻负载组成，当逆变单元满功率或故障时作为后备使用；可控整流单元将降压后的单相交流电变换为适合逆变器输入的直流电压范围内DC750V或DC1500V；可控整流单元与滤波单元电连通，滤波单元稳定可控整流单元的输出电压；逆变单元的一端与滤波单元电连通，另一端与逆变输出滤波单元电连通，实现DC/AC变换；逆变输出滤波单元将逆变单元输出的电流波形滤波成正弦波；隔离变压器的两端分别与逆变输出滤波单元和400V低压网络电连接，隔离变压器具有隔离作用，防止逆变输出滤波单元输出的直流电直接与400V低压网络电气相连；400V低压网络为逆变并网的目标网络；变电站牵引变压器提供单相27.5kV电能；变电站牵引变压器的输出端分别与第一高压侧电流传感器和第一信号变送器电信息连接，第二高压侧电流传感器的一端与高压侧27.5kV牵引网母线连接，另一端与第四信号变送器电连接；第二信号变送器的一端与高压侧27.5kV牵引网母线电连接，另一端与第三信号变送器电连接；第一高压侧电流传感器和第二高压侧电流传感器测量电流；第一信号变送器、第三信号变送器和第四信号变送器分别与上位机电连接，上位机具备有监控软件和显示系统；与上位机电连接的下位单片机总成连接有信号采集模块、整流控制模块、逆变控制模板和电阻卸载控制模块；预投电阻负载提高降压变压器的动态响应，减小冲击电流产生的磁滞现象发生而影响检测速度，投入后使降压变压器一直有负荷电流经过；当逆变模块满功率或故障时，调功电阻模块通过调节吸收功率使27.5kV侧网压恒定在设定范围内；动车组再生制动时会反馈再生电能，反馈再生电能会导致27.5kV单相电压泵升，电压泵升会反应至降压变压器低压侧，同时整流输出的直流电压也会升高，超过系统设定的吸收值时三相逆变器工作将电能回送至400V低压网络，使27.5kV侧电压迅速降低，400V低压网络为由另一母线降压供电的站内低压负载；当逆变功率超负荷，27.5kV侧电压持续升高时启动电阻卸载模块，以热能的形式消耗电能，降低27.5kV侧电压；当400V低压网络吸收能力不足时，逆变回馈的电能经400V低压网络侧的第二降压变压器反馈至上一级网络。...
【技术特征摘要】
1.一种高压交流动车组再生制动能量回馈吸收利用装置，其特征在于主体结构包括变电站、第一降压变压器、电阻卸载单元、可控整流单元、滤波单元、逆变单元、逆变输出滤波单元、隔离变压器、400V低压网络、变电站牵引变压器、第一高压侧电流传感器、第二高压侧电流传感器、第一信号变送器、动车组、第二信号变送器、第三信号变送器、第四信号变送器、监控软件、上位机、显示系统、下位单片机总成、信号采集模块、整流控制模块、逆变控制模板、电阻卸载控制模块、高压真空断路器、预投电阻、第二降压变压器和调功电阻模块；变电站分别与第一降压变压器和第二降压变压器的输入端电连接，动车组分别与变电站输出端和第一降压变压器输入端电连接；变电站电压变换后为动车组提供单相27.5kV电力能源；第一降压变压器将27.5kV降压为适用于本装置的电压等级，范围为AC590V或AC1180V ;第一降压变压器的输出端分别连接有电阻卸载单元和可控整流单元，电阻卸载单元由电阻卸载控制模块和预投电阻负载组成，当逆变单元满功率或故障时作为后备使用；可控整流单元将降压后的单相交流电变换为适合逆变器输入的直流电压范围内DC750V或DC1500V ;可控整流单元与滤波单元电连通，滤波单元稳定可控整流单元的输出电压；逆变单元的一端与滤波单元电连通，另一端与逆变输出滤波单元电连通，实现DC/AC变换；逆变输出滤波单元将逆变单元输出的电流波形滤波成正弦波；隔离变压器的两端分别与逆变输出滤波单元和400V低压网络电连接，隔离变压器具有隔离作用，防止逆变输出滤波单元输出的直流电直接与400V低压网络电气相连；400V低压网络为逆变并网的目标网络；变电站牵引变压器提供单相27.5kV电能；变电站牵引变压器的输出端分别与第一高压侧电流传感器和第一信号变送器电信息连接，第二高压侧电流传感器的一端与高压侧27.5kV牵引网母线连接，另一端与第四信号变送器电连接；第二信号变送器的一端与高压侧27.5kV牵引网母线电连接，另一端与第三信号变送器电连接；第一高压侧电流传感器和第二高压侧电流传感器测量电流；第一信号变送器、第三信号变送器和第四信号变送器分别与上位机电连接，上位机具备有监控软件和显示系统；与上位机电连接的下位单片机总成连接有信号采集模块、整流控制模块、逆变控制模板和电阻卸载控制模块；预投电阻负载提高降压变压器的动态响应，减小冲击电流产生的磁滞现象发生而影响检测速度，投入后使降压变压器一直有负荷电流经过；当逆变模块满功率或故障时，调功电阻模块通过调节吸收功率使27.5kV侧网压恒定在设定范围内；动车组再生制...
【专利技术属性】
技术研发人员：武华军，蓝信章，安刚虎，
申请(专利权)人：青岛海能阿尔派轨道电力设备工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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