一种多功能一体化变流设备及其控制方法技术

本公开提出了一种多功能一体化变流设备及其控制方法，包括依次连接的降压变压器、滤波单元、全控功率模块和隔离输出模块；还包括主控单元，所述主控单元与全控功率模块连接；所述全控功率模块包括若干组相互连接的单元控制器及功率模块，单元控制器与主控单元连接，单元控制器用于将主控单元的驱动指令信号转化为PWM信号，控制功率模块的晶体管的导通或关断。该装置和方法能与现有城市轨道交通的供电系统兼容，降低设计成本，容量大，易扩容，成本低。不仅具有牵引整流功能、再生能量逆变回馈功能，同时还具有无功补偿和谐波治理功能，可为城市轨道交通机车提供电压更稳定和可靠性更高的供电电源。靠性更高的供电电源。靠性更高的供电电源。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能一体化变流设备及其控制方法


[0001]本公开涉及城市轨道交通供电相关
，具体的说，是涉及一种多功能一体化变流设备及其控制方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，并不必然构成在先技术。
[0003]近几年我国城市轨道交通迅速发展，可以缓解城市日益拥堵的交通现状，降低不可再生能源的消耗，减少汽车尾气对环境的污染，实现节能减排，促进城市的可持续发展。然而城市轨道交通以消耗电能为主，是城市用电的大户，轨道交通用电系统具有其自身的特殊特点：(1)供电电缆长，且以地下敷设为主；(2)白天消耗电能大，以牵引机车耗能为主，照明供电为辅，有功功率消耗大，功率因数较高；夜晚以照明供电为主，有功功率消耗少，功率因数低；(3)分布式供电，供电网络一般以多站共同供电，供电可靠性高。
[0004]牵引供电装置负责为线路上运行的机车提供电能，是整个轨道交通系统的“心脏”。专利技术人发现，目前，城市轨道交通机车普遍采用750V和1500V直流供电，通过牵引供电装置为机车供电，现有的牵引供电装置主要采用整流变压器将交流电网的交流电转换成直流电为机车供电，这种利用二极管进行整流的装置其特点是结构简单、成本低、性能可靠，但是其直流电压不受控，波动范围大，对交流电网形成谐波污染，影响供电可靠性，在一些场合需配备滤波装置进行滤波以达到供电公司的要求；此外二极管具有单相导电性，能量只能单向传输，机车再生制动的多余能量不能被回馈交流电网，而是需要车载或站用制动电阻消耗掉，造成能量的极大浪费。在夜间由于地铁的距离供电长，电缆会产生大量的容性充电无功，导致夜间或机车停运时功率因数过低，造成线路末端电压升高的问题，给线路末端的供电设备带来安全隐患，因此地铁供电系统中存在无功功率补偿的要求。

技术实现思路

[0005]本公开为了解决上述问题，提出了一种多功能一体化变流设备及其控制方法，该装置和方法能与现有城市轨道交通的供电系统兼容，降低设计成本，容量大易扩容，成本低。不仅具有牵引整流功能、再生能量逆变回馈功能，同时还具有无功补偿和谐波治理功能，可为城市轨道交通机车提供电压更稳定和可靠性更高的供电电源。
[0006]为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
[0007]一个或多个实施例提供了一种多功能一体化变流设备，包括依次连接的降压变压器、滤波单元、全控功率模块和隔离输出模块；还包括主控单元，所述主控单元与全控功率模块光纤连接；所述全控功率模块包括若干组相互连接的单元控制器及功率模块，单元控制器接受主控单元信号，单元控制器将主控单元的驱动指令信号转化为PWM信号，控制功率模块的晶体管的导通或关断。
[0008]一个或多个实施例提供了一种多功能一体化变流设备的控制方法，包括如下步
骤：
[0009]获取直流母线电压信号、控制点电压、电流信号以及变流设备交直流侧的电信号；
[0010]根据获取的电信号判断机车运行状态，选择变流设备的工作模式；
[0011]根据工作模式和获取的电信号，获得控制全控功率模块的各个功率模块通断的驱动指令信号，采用纹波交错控制使得在网并联的功率模块的驱动指令信号错峰输出。
[0012]与现有技术相比，本公开的有益效果为：
[0013](1)本公开的变流设备用于城市轨道交通，能够替代原有刹车制动电阻，实现能量的再生利用，保证直流牵引供电系统电压稳定。
[0014](2)本公开的变流设备能够替代或减少原有城市轨道交通供电系统中的无功补偿设备与滤波设备。
[0015](3)本公开充分利用地铁供电系统的工作特点，将制动回馈装置、无功补偿、滤波设备集成为一体，设备一体化程度高，并兼具牵引整流功能，降低了项目成本，减小了占地面积。与原单独功能设备单套容量相比有所提升，但总装机容量大大下降。
[0016](4)本公开的变流设备具有的整流功能，能够实现在一定程度上保证牵引供电系统电压稳定，保证机车的正常工作，提高牵引供电系统的可靠性。
[0017](5)本公开变流设备的全控功率模块采用并联冗余的方式，额定容量可达兆瓦级。按需启动，容量在线可调，单个功率模块故障不影响系统运行。
[0018](6)本公开的变流设备的控制系统采用数字化控制，友好的触摸显示屏，便于参数设置；可根据系统谐波特点，能够实现0～51次任意次谐波单独设置滤除。
[0019](7)本公开采用纹波交错控制能够有效降低输出的谐波，能够实现以较低的开关频率达到高开关频率一样的效果，能够大大减小开关损耗，减小故障率，提高系统可靠性。
附图说明
[0020]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。
[0021]图1是本公开实施例1的多功能一体化变流设备电气原理图；
[0022]图2是本公开实施例1的轨道交通供电系统组成图；
[0023]图3是本公开实施例2的控制方法流程图；
[0024]图4是本公开实施例2的电压幅值和功率(电流)下垂控制示意图；
[0025]图5是本公开实施例2的控制系统原理图；
[0026]图6是本公开实施例2的纹波交错控制波形图。
具体实施方式：
[0027]下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
[0028]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0029]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式
也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。
[0030]实施例1
[0031]在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1所示，一种多功能一体化变流设备，包括依次连接的降压变压器、滤波单元、全控功率模块和隔离输出模块；还包括主控单元，所述主控单元与全控功率模块光纤连接；所述全控功率模块包括若干组相互连接的单元控制器及功率模块，单元控制器与主控单元光纤连接，单元控制器将主控单元的驱动指令信号转化为PWM信号，控制功率模块的晶体管的导通或关断。
[0032]降压变压器实现本设备与电网电压的电压匹配，滤波单元可以采用LCL滤波器，可选的，所述降压变压器与滤波单元之间设置低压断路器。
[0033]本实施例全控功率模块包括若干组相互连接的单元控制器和功率模块，采用模块化设计，可以增加和减少功率模块的组数，从而保证系统不会因单个模块故障而造成设备停本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能一体化变流设备，其特征是：包括依次连接的降压变压器、滤波单元、全控功率模块和隔离输出模块；还包括主控单元，所述主控单元与全控功率模块连接；所述全控功率模块包括若干组相互连接的单元控制器及功率模块，单元控制器与主控单元连接，单元控制器将主控单元的驱动指令信号转化为PWM信号，控制功率模块的晶体管的导通或关断。2.如权利要求1所述的一种多功能一体化变流设备，其特征是：功率模块包括相互连接的支撑电容和H桥电路。3.如权利要求2所述的一种多功能一体化变流设备，其特征是：单元控制器包括采样电路、电源电路和单元控制电路，单元控制器用于实现功率模块的变流控制，单元控制器将主控单元指令信号转化为PWM信号，进而控制功率模块H桥电路的晶体管的导通或关断。4.如权利要求1所述的一种多功能一体化变流设备，其特征是：单元控制器采样电路连接功率单元的交流侧和直流侧，用于采集各功率模块状态和电压电流信号，并通过单元控制电路将信号传递给主控单元；或者，所述采样电路包括电压采样电路和霍尔电流传感器。5.如权利要求1所述的一种多功能一体化变流设备，其特征是：还包括可编程人机界面及远程监控平台，主控单元与可编程人机界面单元相连，可编程人机界面单元与远程监控平台连接。6.如权利要求1所述的一种多功能一体化变流设备，其特征是：还包括直流隔离开关柜和交流开关柜，所述交流开关柜用于连接交流电网和降压变压器；所述直流隔离开关柜连接在隔离输出模块的输出端。7.如权利要求1所述的一种多功能一体化变流设备，其特征是：滤波单元采用LCL滤波器；或者，所述降压变压器与滤波单元之间设置低压断路器。8.一种多功能一体化变流设备的控制方法，其特征是，包括如下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金斗，迟恩先，王德涛，鞠洪兵，申志广，焦锡元，曹里程，姜东岳，张同星，
申请(专利权)人：山东华天电气有限公司，
类型：发明
国别省市：