一種機車再生電能回饋設(shè)備及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機車再生電能回饋設(shè)備。設(shè)備由回饋變壓器、交流側(cè)開關(guān)、濾波器、逆變器、能量釋放單元組成。能量釋放單元由兩組電容同向串聯(lián)構(gòu)成的第一支路、兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊同向串聯(lián)構(gòu)成的第二支路以及放電電阻構(gòu)成，放電電阻的一端與第一支路的中間點連接，另一端與第二支路的中間點連接。本發(fā)明還包括所述設(shè)備的控制方法：當(dāng)直流電壓超過第一門檻值時，逆變器開始啟動，向交流電網(wǎng)傳輸有功功率，當(dāng)直流電壓超過第二門檻值時，啟動能量釋放單元，輪流控制第二支路的兩個功率開關(guān)模塊開通。該設(shè)備能夠?qū)C車剎車制動能量回饋給交流電網(wǎng)，回饋效率高，簡單實用，可靠性高。
【專利說明】
—種機車再生電能回饋設(shè)備及控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機車電能回饋設(shè)備及控制方法，屬于應(yīng)用于軌道交通的大功率電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]機車再生電能回饋設(shè)備用于軌道交通上再生電能的吸收和回饋的場合，按將再生電能回饋至電網(wǎng)。
[0003]再生電能回饋設(shè)備的原理可簡述如下:當(dāng)車輛進(jìn)入制動工況，機車的動能轉(zhuǎn)換為電能，向直流電網(wǎng)輸入電能時，會引起直流電網(wǎng)電壓升高。再生電能回饋設(shè)備的控制系統(tǒng)實時檢測直流電網(wǎng)電壓，當(dāng)直流電網(wǎng)電壓上升達(dá)到某一預(yù)設(shè)值時，逆變器開始啟動，逆變器以實際的直流電網(wǎng)電壓與基準(zhǔn)值的差值控制輸出電流，直到輸出電流達(dá)到逆變器的最大容許輸出電流，逆變器向交流電網(wǎng)回饋電能，直流電網(wǎng)電壓將會有下降的趨勢。車輛完成制動后，直流電網(wǎng)電壓降下降，恢復(fù)到正常值，再生電能回饋設(shè)備返回到備用狀態(tài)。因此，再生電能回饋設(shè)備作用是維持直流電網(wǎng)電壓保持穩(wěn)定，將多余的電能回饋給交流電網(wǎng)。但是如果剎車能量過大，逆變器達(dá)到最大輸出電流后，直流母線電壓還將繼續(xù)上升，如果逆變器繼續(xù)提高輸出電流，逆變器直流母線電壓過高或逆變器功率開關(guān)器件過流會造成逆變器的損壞。如果逆變器停止工作，地鐵直流母線所帶其他設(shè)備將承受過高直流電壓而損壞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決由剎車能量過大造成直流母線電壓上升，而導(dǎo)致設(shè)備損壞的問題:本發(fā)明提出一種機車再生電能回饋設(shè)備及控制方法。
[0005]具體的方案如下:
[0006]一種機車電能回饋設(shè)備，包括回饋變壓器、交流側(cè)開關(guān)、濾波器、逆變器:設(shè)備還包括能量釋放單元，所述能量釋放單元、逆變器、濾波器、交流側(cè)開關(guān)及回饋變壓器依次連接，能量釋放單元與直流母線連接，回饋變壓器與交流電網(wǎng)連接。
[0007]上述方案中，所述能量釋放單元由兩組電容同向串聯(lián)構(gòu)成的第一支路、兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊同向串聯(lián)構(gòu)成的第二支路以及放電電阻構(gòu)成，放電電阻的一端與第一支路的中間點連接，另一端與第二支路的中間點連接。
[0008]另外，本發(fā)明還提供一種使用上述設(shè)備的控制方法:所述方法包括如下步驟:
[0009]步驟1:實時檢測直流母線電壓值，當(dāng)直流母線電壓值超過第一設(shè)定值，啟動逆變器，控制逆變器向交流電網(wǎng)輸送有功功率；
[0010]步驟2:當(dāng)直流母線電壓值超過第二設(shè)定值時，啟動能量釋放單元；
[0011]步驟3:當(dāng)直流母線電壓低于第三設(shè)定值時，停止能量釋放單元；
[0012]步驟4:當(dāng)直流母線電壓低于第四設(shè)定值時，停止逆變器。
[0013]上述方案中，所述方法的第四設(shè)定值〈第一設(shè)定值〈第三設(shè)定值〈第二設(shè)定值。
[0014]上述方案中，所述啟動能量釋放單元的方法是輪流控制兩兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊導(dǎo)通，使兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時間相同，所述停止能量釋放單元的方法是，使兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊關(guān)斷。
[0015]有益效果:
[0016]1、逆變單元結(jié)合能量釋放單元，通過設(shè)定多個直流電壓啟動門檻值，起到多重保護(hù)的作用，可以有效的控制直流母線電壓，以防止由于直流母線電壓過高損壞設(shè)備。不但提高了地鐵再生電能回饋設(shè)備的可靠性，同時也保護(hù)了掛在直流母線上的其他設(shè)備。
[0017]2、能量釋放單元通過兩個功率半導(dǎo)體器件輪流工作，可快速釋放直流側(cè)多余的能量。兩個功率半導(dǎo)體器件互為冗余，交替工作，避免了單個器件工作過于頻繁負(fù)擔(dān)過重的問題，提高了能量釋放單元的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的機車再生電能回饋設(shè)備拓?fù)鋱D

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0020]如圖1所示:圖中標(biāo)號名稱:1、回饋變壓器；2、交流開關(guān)；3、濾波器；4、逆變器；5、能量釋放單元；6、放電電阻；7、電容；。
[0021]一套機車再生電能回饋設(shè)備，包括回饋逆變器(I)、交流開關(guān)(2)、濾波器(3)、逆變器(4)、能量釋放單元(5)、放電電阻(6)，電容(7)。能量釋放單元與直流母線連接，回饋變壓器與交流母線連接。
[0022]在本例中逆變器為三相半橋結(jié)構(gòu)的逆變器。本例中回饋變壓器為兩繞組變壓器，變壓器原邊電壓為35KV，變壓器副邊電壓為950V，直流母線額定電壓為1500V。
[0023]能量釋放單元由兩組電容同向串聯(lián)構(gòu)成的第一支路、兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊同向串聯(lián)構(gòu)成的第二支路以及放電電阻構(gòu)成，放電電阻的一端與第一支路的中間點連接，另一端與第二支路的中間點連接。
[0024]在本例中使用兩組容值均為1mF的電容，功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊采用3300V耐壓的IGBT，放電電阻采用0.5Q/2MJ的放電電阻。
[0025]控制方法包括如下步驟:
[0026]步驟1:實時檢測直流母線電壓值，地鐵正常母線電壓為1500V，當(dāng)線路上有車輛進(jìn)入剎車制動狀態(tài)時，直流母線電壓上升，當(dāng)超過第一設(shè)定值，本例中第一設(shè)定值為1600V，啟動逆變器，控制逆變器向交流電網(wǎng)輸送有功功率，本例中逆變器的最大有功功率可輸出2MW ;
[0027]步驟2:本例中的剎車能量較高，雖然逆變器已經(jīng)以最大功率向交流電網(wǎng)回饋能量，但直流母線電壓繼續(xù)上升，當(dāng)直流母線電壓值超過第二設(shè)定值時，本例中第二設(shè)定值為1700V，啟動能量釋放單元，控制能量釋放單元的兩個IGBT輪流導(dǎo)通，使兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時間相同，即控制第一個IGBT導(dǎo)通時，另一個IGBT處于關(guān)斷狀態(tài)，本例中設(shè)定導(dǎo)通時間為1ms，Ims后第一個IGBT切換到關(guān)斷狀態(tài)，另一個IGBT切換到導(dǎo)通狀態(tài)，持續(xù)Ims后，狀態(tài)切換回第一個IGBT導(dǎo)通，另一個IGBT關(guān)斷，反復(fù)切換。輪流釋放直流母線上多余的能量。
[0028]步驟3:當(dāng)機車剎車結(jié)束時，直流母線開始下降，直流電壓低于第三設(shè)定值時，本例中第三設(shè)定值為1650V，停止能量釋放單元，即同時關(guān)斷控制能量釋放單元的兩個IGBT。
[0029]步驟4:當(dāng)直流母線電壓低于第四設(shè)定值時，本例中第四設(shè)定值為1550V，停止逆變器。
[0030]其中，第四設(shè)定值(1550V)〈第一設(shè)定值(1600V)〈第三設(shè)定值(1650V)〈第二設(shè)定值(1700V)。
[0031]以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，參照上述實施例進(jìn)行的各種形式修改或變更均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種機車電能回饋設(shè)備，包括回饋變壓器、交流側(cè)開關(guān)、濾波器、逆變器；其特征在于:設(shè)備還包括能量釋放單元，所述能量釋放單元、逆變器、濾波器、交流側(cè)開關(guān)及回饋變壓器依次連接，能量釋放單元與直流母線連接，回饋變壓器與交流電網(wǎng)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的機車電能回饋設(shè)備，其特征在于:所述能量釋放單元由兩組電容同向串聯(lián)構(gòu)成的第一支路、兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊同向串聯(lián)構(gòu)成的第二支路以及放電電阻構(gòu)成，放電電阻的一端與第一支路的中間點連接，另一端與第二支路的中間點連接。
3.—種權(quán)利要求1所述設(shè)備的控制方法，其特征在于:所述方法包括如下步驟: 步驟1:實時檢測直流母線電壓值，當(dāng)直流母線電壓值超過第一設(shè)定值，啟動逆變器，控制逆變器向交流電網(wǎng)輸送有功功率； 步驟2:當(dāng)直流母線電壓值超過第二設(shè)定值時，啟動能量釋放單元； 步驟3:當(dāng)直流母線電壓低于第三設(shè)定值時，停止能量釋放單元； 步驟4:當(dāng)直流母線電壓低于第四設(shè)定值時，停止逆變器。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所述方法的第四設(shè)定值〈第一設(shè)定值〈第三設(shè)定值〈第二設(shè)定值。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所述啟動能量釋放單元的方法是輪流控制兩兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊導(dǎo)通，使兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時間相同，所述停止能量釋放單元的方法是，使兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊關(guān)斷。
【文檔編號】H02J3/38GK104201719SQ201410456508
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】王宇, 楊浩, 石巍, 方太勛, 劉為群, 沈全榮 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司