2017-06-20 16:19:31

1 引言


城市的交通擁擠問題在國內大、中型城市日益嚴重,已經成為影響城市經濟發展的重要製約因素之一。由於城市軌道交通的眾多優點,具有運量大、速度快、時間準、能耗低、汙染少和安全舒適等特點,因此城市軌道交通方式無疑是解決城市交通擁擠問題的一種有效手段。




目前城市軌道交通直流牽引供電係統采用二極管整流器,電能隻能從交流電網向直流牽引網單向流動。當車輛製動時,多餘的再生製動能量使直流電網電壓升高。傳統的解決方法是設置電阻製動裝置,但這將造成電能的極大浪費並帶來溫升等其它問題。由於軌道交通車輛起製動頻繁,製動能量相當可觀,若能加以合理利用必能產生良好的經濟效益。




從最早的在牽引變電所設置再生能量電阻消耗裝置的應用到近幾年電容儲能、再生電能逆變回饋設備發展,再生製動能量吸收技術在不斷研製和持續改進,在國內外軌道交通線路上得到應用。再生能量電阻消耗裝置,其主要缺點是隻能將電能轉換為熱能消耗掉,造成能源浪費,而且電阻散熱會導致溫度升高,因此需要增加相應的通風裝置,即同時增加相應的電能消耗。電容儲能型,將製動能量吸收到大容量電容器組中,當供電區間有列車需要時將所儲存的電能釋放出去,其主要缺點是要設置體積龐大的電容器組,且電容因頻繁處於充放電狀態而導致使用壽命短。再生電能逆變回饋設備,是將車輛製動時產生能量經過逆變變成工頻交流電與車站內電網並網,該吸收方式有利於能源的綜合再利用,實現了節能,是目前日益重視並大力推廣的方式。




新風光研製的再生製動能量吸收逆變裝置為逆變回饋型,其回饋能量將直接用於車站內400V負載或經變壓器反送至10kV//35kV電網。再生製動能量吸收逆變裝置根據各個傳感器檢測信號,綜合判斷直流電網上是否有列車處於再生電製動狀態,一旦確認列車處於再生製動狀態並需要吸收能量時,係統啟動吸收過程。逆變裝置把機車刹車製動時產生的能量轉換成AC400V電壓,自動跟蹤AC400V母線電壓,並向負載供電,將再生能量消耗在用電設備上,確保機車充分有效利用電製動。在直流牽引供電係統中,再生電能吸收裝置為一個子係統工程,其作用關乎係統的安全。




2 南京某線路牽引供電係統概況




南京軌道交通其牽引供電係統在機車牽引變電所,2-4公裏就設置一個機車牽引變電所,每個機車牽引所都需要配備再生製動能量吸收設備。




南京牽引供電係統主要分為直流牽引網和交流配電網兩部分。主變電所將三相35kV高壓交流送至各牽引所,經整流變壓器、整流器變成適合軌道車輛應用的1500V直流母線,饋電線再將直流電送到接觸網上,接觸網是沿車輛走行軌架設的特殊供電線路,軌道車輛通過其受流器與接觸網的直接接觸而獲得電能。




本工程供電係統主要參數如表1所示。










再生製動能量吸收逆變裝置是新風光電子科技股份有限公司自主研發,擁有完全的自主知識產權,新風光通過對逆變器多電平電路拓撲結構技術、電壓型逆變器的電流源控製技術、單元並聯技術、並網技術等關鍵技術進行攻關,實現了突破。在國內首創並成功運行在軌道交通行業,填補了國內空白。通過該項目關鍵技術開發與應用,滿足了城市軌道交通行業低碳綠色環保節能的需求,推動國產軌道交通裝備的提質增效。




3 新風光FDBL-JC-650/1500V型再生製動能量吸收逆變裝置介紹




該逆變裝置具有動態響應快,並網電流諧波小,回饋能量效率高,可靠性高。產品經鐵道部質量監督檢驗中心檢驗,各項技術指標均達到設計要求。該設備被列入科技部2014年度國家火炬計劃項目,山東省重點領域首台套裝備名單。




3.1新風光FDBL-JC-650/1500V型再生製動能量吸收逆變裝置主要技術參數

新風光FDBL-JC-650/1500V型再生製動能量吸收逆變裝置主要技術參數如下:

(1)功率:峰值功率650kW,持續時間20s,周期120s

(2)工作製:間歇工作製

(3)啟動電壓值:1530V~1980V連續平滑可調

(4)輸出電壓:AC1000V  三相三線製

(5)頻率:跟蹤交流側電網頻率

(6)額定工況下輸出功率因數:>0.98

(7)額定工況下整套設備效率:>97%

(8)額定工況下電流諧波含量:≤3%

(9)額定工況下電壓諧波含量:≤3%

(10)裝置響應時間:≤200ms




3.2主要工作原理

逆變器部分采用多單元並聯方式,根據再生製動時直流母線電壓的變化狀況調節逆變器的輸出功率大小,將直流母線電壓恒定在某一設定值範圍內,整機對外呈現電流源特性。




逆變器主要由直流接觸器、逆變單元、濾波電抗器、交流接觸器等部分組成,如圖1所示,可實現逆變裝置自動投入、撤出、濾波及檢測等功能。




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