专利名称:一种地铁再生制动回馈变流器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种地铁再生制动回馈变流器，包括两组及两组以上的功率单元及其控制系统，各功率单元的直流端直接并联后用于与直流接触网连接，其交流端分别通过对应的滤波电抗并联后用于与交流电网连接；各功率单元均与控制系统相连接。本实用新型的地铁再生制动回馈变流器采用功率单元外接滤波电抗后并联拓扑在扩大容量的同时，提高了系统运行的可靠性，实现各功率单元间良好均流效果；当某一个功率单元故障时故障单元单独退出，变流器仍可降额运行，功率单元随回馈功率大小逐级投退，降低各功率单元平均运行时间，装置轻载效率提高，使用寿命增加。
【专利说明】一种地铁再生制动回馈变流器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种采用功率单元并联技术的地铁再生制动回馈变流器。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的快速增长，城市轨道交通迎来了迅猛的发展。地铁再生制动回馈变流器以逆变回馈的方式将地铁列车制动时产生的多余能量回馈至交流电网，最大程度地发挥地铁再生制动的优势，具有节能环保、稳定可靠、投资低的突出优势，是未来地铁再生制动能量吸收的发展方向。
[0003]从地铁实际应用角度出发，地铁再生制动回馈变流器应采用大功率(MW以上)，高功率密度、高可靠性、高效率发热量低等特点。为了满足大功率回馈变流器的设计需求，目前一般采用功率单元级联和IGBT并联的连接方式:(I)如图1所示，每个功率单元由对应于A、B、C三相的三个半桥子模块构成，每个子模块对应一个直流母线电容和一个吸收电容，多个功率单元再级联形成整个换流器的功率组件；(2)为了增大功率，采用对每个半桥子模块进行IGBT并联的方式连接，如图2所示，即每一相对应的功率组件中具有4个IGBT管。
[0004]上述两种方式均能增大功率，但是在实际运用中存在如下问题:1)故障时变流器完全退出，无法实现降额运行，可靠性有待进一步提高:当单个功率单元发生故障时，变流器即整体退出运行，无法继续回馈制动能量，这样在变流器故障时间内机车只能采用混合制动，粉尘污染大，机车刹车系统维护成本高；2)图2中采用功率器件直接并联的方案其均流效果主要依赖于功率器件一致性，适应性差，均流度低，会影响到装置长期运行可靠性；3)无法实现功率单元随回馈功率大小逐级投入切除:机车制动功率特性呈现间歇式，并且在每个周期内呈现三角状，制动功率从低到高再降低，现有方式在回馈时功率单元全部投入，在回馈功率较小时损耗大，整体效率低，并且功率单元工作时间与回馈功率大小无关，变流器使用寿命受限。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种地铁再生制动回馈变流器，以解决现有变流器功率单元间均流控制、独立投退控制等问题。
[0006]为了实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案是:一种地铁再生制动回馈变流器，包括两组及两组以上的功率单元及其控制系统，各功率单元的直流端直接并联后用于与直流接触网连接，其交流端分别通过对应的滤波电抗并联后用于与交流电网连接；各功率单元均与控制系统相连接。
[0007]所述功率单元的交流端设有用于采集对应功率单元各相交流电流的电流传感器，各电流传感器均与控制系统连接。
[0008]所述功率单元的直流端设有用于采集回馈变流器直流输入电压的电压传感器，所述电压传感器与控制系统连接。
[0009]所述控制系统用于采集各功率单元中各相交流电流及回馈变流器直流电压，输出各功率单元的对应驱动信号。
[0010]所述控制系统采用光纤信号隔离驱动对应的功率单元。
[0011]本实用新型的地铁再生制动回馈变流器采用功率单元外接滤波电抗后并联拓扑在扩大容量的同时，提高了系统运行的可靠性，实现各功率单元间良好均流效果；当某一个功率单元故障时故障单元单独退出，变流器仍可降额运行，功率单元随回馈功率大小逐级投退，降低各功率单元平均运行时间，装置轻载效率提高，使用寿命增加。
【附图说明】
[0012]图1是功率单元级联连接示意图；
[0013]图2是IGBT并联连接示意图；
[0014]图3是本实用新型的再生制动回馈变流器主回路及控制框系统示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图及具体的实施例对本实用新型进行进一步介绍。
[0016]如图3所示，本实用新型的地铁再生制动回馈变流器由多个(2个及2个以上)功率单元并联来实现扩容，各功率单元直流端直接并联接入直流接触网，交流端通过滤波电抗后并联接入交流电网；各功率单元均与控制系统相连接。每个功率单元均由3相逆变桥功率单元组成，包含IGBT、IGBT驱动器、吸收电容、母线电容、散热器、散热风机、叠排等元件组成图中未示出)，本实施例中涉及到的功率单元的结构为现有技术，此处不再赘述。
[0017]本实施例的功率单元的各交流端设有用于采集对应功率单元各相交流电流的电流传感器，各电流传感器均与控制系统连接。功率单元的直流端设有用于采集回馈变流器直流输入电压的电压传感器，所述电压传感器与控制系统连接。
[0018]本实用新型采用功率单元并联的地铁制再生制动回馈变流器含有一套控制系统，采集回馈变流器直流侧电压及各功率单元中各相交流电流，经过控制算法处理后输出各功率单元驱动信号，通过光纤传输实现信号隔离驱动。
[0019]如图1所示，控制系统采用外环电压环内环电流环双环控制模式，首先控制系统采集变流器直流侧电压Udc_fdb与基准电压UdC_ref做差，经PI调节器处理运算后，电压环输出作为内环电流环给定值Id_ref，各功率单元电流与此电流基准做差，经PI调节器处理后，再经过脉冲调制算法SVPWM产生各功率单元的驱动脉冲信号。由于各功率单元电流信号均与同一电流基准做负反馈处理，因此可以有效保证各功率单元间均流精度。
[0020]该变流器的控制系统采用各功率单元独立投退控制技术，单个功率单元故障后，仅该单元退出运行，其余功率单元不受影响，回馈变流器可继续降额运行，有效提高系统可靠性。
[0021]另外，该控制系统还采用功率单元智能休眠控制技术，各功率单元随回馈功率大小逐级投入切除，控制系统统计各功率单元累计运行时间，每次优先投入累计运行时间最短的功率单元，以降低各功率模块平均运行时间，提高轻载时系统效率及装置整体使用寿命O
[0022]本实用新型采用功率单元并联技术设计地铁再生制动回馈变流器，采用功率单元外接滤波电抗后并联拓扑以及均流环控制，实现各功率单元间良好均流效果；采用各功率单元独立控制技术，故障单元单独退出，变流器仍可降额运行；采用功率单元智能休眠控制技术，功率单元随回馈功率大小逐级投退，装置轻载效率提高，使用寿命增加。
[0023]以上实施例仅用于帮助理解本实用新型的核心思想，不能以此限制本实用新型，对于本领域的技术人员，凡是依据本实用新型的思想，对本实用新型进行修改或者等同替换，在【具体实施方式】及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种地铁再生制动回馈变流器，其特征在于:包括两组及两组以上的功率单元及其控制系统，各功率单元的直流端直接并联后用于与直流接触网连接，其交流端分别通过对应的滤波电抗并联后用于与交流电网连接；各功率单元均与控制系统相连接。2.根据权利要求1所述的地铁再生制动回馈变流器，其特征在于:所述功率单元的交流端设有用于采集对应功率单元各相交流电流的电流传感器，各电流传感器均与控制系统连接。3.根据权利要求1所述的地铁再生制动回馈变流器，其特征在于:所述功率单元的直流端设有用于采集回馈变流器直流输入电压的电压传感器，所述电压传感器与控制系统连接。4.根据权利要求1所述的地铁再生制动回馈变流器，其特征在于:所述控制系统用于采集各功率单元中各相交流电流及回馈变流器直流电压，输出各功率单元的对应驱动信号。5.根据权利要求4所述的地铁再生制动回馈变流器，其特征在于:所述控制系统采用光纤信号隔离驱动对应的功率单元。
【文档编号】H02M7-493GK204290776SQ201420784920
【发明者】张海龙, 牛化鹏, 姚为正, 张建, 郑月宾, 孙强强, 王林, 桑福环 [申请人]许继电气股份有限公司, 西安许继电力电子技术有限公司