的四象限变流器控制原理示意图如图4所示，图4中16为变流单 元，17为直流母线电压采集模块，18为每个四象限变流器控制模块，在变流单元1中，在输 出滤波单元后级处采集电网电压参数，在逆变桥输出侧采集输出电流参数，输入滤波器前 级处采集直流母线电压参数；直流母线电压采集模块17还负责支撑电容的预充电及快速 放电操作、交流接触器控制等功能，直流母线电压采集模块17把母线电压的实时变送信号 发送给各变流器控制模块18,由各变流器控制模块18对直流母线电压进行滤波及AD采样， 该样各变流器控制模块18既相互独立又节省了其余霍尔元件；四象限变流器控制模块18 中，由电压采集模块对网侧电压进行低通滤波及AD采样，S相电压值在3相数字锁相环模 块中进行油c-dq坐标变换后完成锁相，跟踪电网频率及相位，并向其它坐标变换环节发 送同步角信号，实现同步旋转变换。
[0032] 本实施例有功电流Id给定值计算模块根据给定的直流母线电压口槛值和实际直 流母线电压值、母线电压变化率及交流侧电压的整流计算值综合判定是否有车辆处于再生 制动状态，并根据直流母线电压口槛值和实际直流母线电压差值进行恒压控制运算，得出 目标吸收有功电流值I'd;无功电流I。给定值计算模块根据装置运行模式，计算出对应的无 功电流给定值I'。，当装置运行于整流或逆变模式时I'。= 0,当装置运行于无功补偿模式时 I'。为基于功率因数运算的超前或滞后电流，其幅值与所需补偿的无功功率有关。I'd与I'。 与对应的、经坐标变换后得到的实际输出电流Lb。的有功电流Id及无功电流I。进行PI运 算、前馈解禪运算后得出基准有功电压向量U'd及U'。，U'd、U'。及同步角0经化/3s变换 得到基准S相电压向量U\be;SVPWM脉宽调制模块根据U'ab。在空间矢量坐标中的位置计算 出触发脉冲序列，为了解除滤波单元对PI调节模块的禪合干扰，在U'd及U'。的运算环节加 上了的前馈解禪运算环节。
[0033] 本实施例设及的四象限变流器建立矢量方程的等效电路原理图如图5所示，可得 出如下矢量方程成立。
[0034] E = V+ {j(〇L+ /?)X/ (1)
[0035] 即，
(2)
[0036] 式似中，ea、eb、e为网侧ミ相电压，ia、ib、ic为逆变桥臂输出电流，Va、Vb、Vc为 逆变桥臂输出电压，i'。、i'b、i'为i。、ib、i。对时间的微分，式似经park变换后得
[0037]
(3)
[00測式（3)中，id、iq为逆变桥臂输出电流ia、ib、i。在dq旋转坐标下的dq轴分量，Vd、V。为逆变桥臂输出电压V。、Vb、V。在dq旋转坐标下的dq轴分量，ed为网侧电压在dq旋转 坐标下的d轴分量，忽略电阻损耗及开关损耗，得出如下交直流功率平衡式
[0039]
(4)
[0040] 式（4)中，Vd。、id。为逆变桥直流侧电压及电流分量。
[0041] 本实施例设及的四象交流器限运行矢量控制图如图6所示，图6(a)中，F滞后岩 的相角为5，/和i同相位，四象限变流单元工作在整流状态，且功率因数为1。图6化）中， f超前左的相角为5，/和i相位相差180度，四象限变流单元工作在逆变状态，且功率因 数为-1。图6(c)中，F滞后直的相角为5，/超前氧相位90度，四象限变流单元工作在容 性无功补偿状态。图6(d)中，F超前￡的相角为5，/滞后i相位90度，四象限变流单元 工作在感性无功吸收状态。
【主权项】
1. 一种四象限变流型再生能量逆变回馈装置，其特征在于主体结构包括隔离变压器、 交流开关、输出滤波器、四象限变流器、输入滤波器、预充电模块和导线；隔离变压器、交流 开关、输出滤波器、四象限变流器和输入滤波器依次串联式电信息连接，隔离变压器输出侧 并联后通过断路器开关与交流电网相连通，四象限变流器直流侧并联后通过预充电模块与 直流供电母线连接，四象限变流器交流侧通过交流开关与独立的隔离变压器相连通，使故 障隔离并实现投切控制；单个隔离变压器、交流开关、输出滤波器、四象限变流器和输入滤 波器组成四象限变流型再生能量逆变回馈装置的基本单元，基本单元的功率容量根据具体 情况确定为不同数值，基本单元的数量根据总功率需求设定。2. 根据权利要求1所述四象限变流型再生能量逆变回馈装置，其特征在于所述四象限 变流器是由12只IGBT功率开关管和6只钳位二极管组成，IGBT功率开关管1700V/600A规 格开关管，四象限变流器主电路上配置相应霍尔传感器检测电路、温度监测电路、快速熔断 器保护电路及尖峰吸收电路，四象限变流器为模块一体化结构，每相四个IGBT功率开关管 双双成组构成三种开关组合状态，共计27种开关组合状态，代表27个电压空间矢量，控制 系统根据目标向量在此空间矢量坐标中的相对位置来计算每个作用矢量和每个矢量的作 用时间，并给出相应的驱动脉冲。3. 根据权利要求1所述四象限变流型再生能量逆变回馈装置，其特征在于所述输出滤 波器为模块一体化结构，由三相LC滤波电路组成；输入滤波器为模块一体化结构，由分压 电容单元和单体电容的均压电阻构成；预充电模块为模块一体化结构，由隔离接触器、充电 电阻、充电接触器、快速放电电阻和放电接触器构成。4. 根据权利要求1所述四象限变流型再生能量逆变回馈装置，其特征在于所述隔离变 压器、交流开关、输出滤波器、四象限变流器、输入滤波器和预充电模块之间相互独立且均 为抽屉式电插拔结构。5. 根据权利要求1所述四象限变流型再生能量逆变回馈装置，其特征在于所述四象限 变流器内部配置有独立的控制单元，一个四象限变流器的故障并不影响整套装置的整体性 能。6. 根据权利要求1所述四象限变流型再生能量逆变回馈装置，其特征在于所述四象限 变流器采用的可控整流及逆变并网电路拓扑结构为钳位式三电平逆变结构，能够运行于升 压整流、多电平逆变和静态无功补偿工作模式，所采用的电压电流双闭环控制环节及整流、 逆变、无功补偿PI控制环节相互独立，没有共用环节。7. 根据权利要求1所述四象限变流型再生能量逆变回馈装置，其特征在于所述四象限 变流器的脉宽调制方式为基于中点电位控制的空间矢量脉宽调制方法。
【专利摘要】本发明属于轨道交通电力系统技术领域，涉及一种四象限变流型再生能量逆变回馈装置，其主体结构包括隔离变压器、交流开关、输出滤波器、四象限变流器、输入滤波器、预充电模块和导线；隔离变压器、交流开关、输出滤波器、四象限变流器和输入滤波器依次串联式电信息连接，单个隔离变压器、交流开关、输出滤波器、四象限变流器和输入滤波器组成四象限变流型再生能量逆变回馈装置的基本单元，基本单元的电能容量根据具体情况整定为不同数值，基本单元的数量根据需求来设定；该装置安装、维护、扩展方便，各部分的独立性强，某个单元模块故障不影响整个系统，可同时存在多种控制模式，运算速率提高了多倍，PWM调制更加精准和快速。
【IPC分类】H02M7/797, B60M3/06, B60M3/00
【公开号】CN104901579
【申请号】CN201510363485
【发明人】武华军, 安刚虎, 蓝信章, 徐长勤
【申请人】青岛海能阿尔派轨道电力设备工程科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月26日