城轨供电系统双线圈接入式中压能馈系统及其能馈方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及城轨供电系统，具体涉及一种城轨供电系统双线圈接入式中压能馈系统及其能馈方法。
【背景技术】
[0002]目前在城轨牵引供电系统中，处理列车制动时产生的再生能量方面主要存在两种解决方案，一种是低压回馈+电阻消耗的方案，将制动能量回馈到低压配电AC400V电网内，多余能量则由制动电阻消耗掉，因低压配电变压器容量较小，当制动能量较大时，大部分的能量是由制动电阻消耗，再生能量重复利用率较低；另一种是中压能馈方案(独立支路型)，是将制动能量通过回馈变流器反馈至变电所内中压交流电网，该解决方案回馈功率较大，在谐波、功率因数、抗孤岛等方面具备非常好的电网兼容性，在城轨集中式供电系统中应用优势明显，但在分散式供电系统中，会有部分回馈的能量反馈至电业局下的变电所内，不能完全由地铁运营方重复利用，两种方式各有适用局限；其中中压能馈方案中有一种共用整流变压器的能馈装置，目前在应用和设计中均只有单支路，与整流变压器的单重相接，会导致整流变压器低压两绕组发热不平衡，对整流变压器的影响未知。同时回馈容量受到整流变压器容量的限制，多余的制动功率需要靠邻所回馈装置吸收，线路上存在一定的压降，影响节能效果。
[0003]目前在国内外应用较为成熟的是再生制动能量回馈装置，即将列车制动产生的能量通过逆变转换为交流电再回馈至交流电网。再生制动能量回馈装置按回馈点电压的不同分为低压型能量回馈装置、中压共用整流变型能量回馈装置、中压独立支路型能量回馈装置。其中低压型能量回馈装置可以实现在一定功率范围内回馈制动能量，但吸收能量有限，一般需加装电阻消耗装置，效率较低；中压共用整流变型能量回馈装置可以实现全功率范围内制动能量回馈，但因不采用隔离变压器，回馈电流与整流机组电流之间不存在电磁隔离，回馈电流的涌入会导致牵引变压器低压绕组侧电压升高，峰值点处的电压将可能高于直流侧的直流电压，导致二极管整流器在峰值点附近导通，形成能馈装置与整流机组之间存在环流，效率较低，保护兼容性差，采用隔离变压器的单隔离变压器的能馈装置则存在功率因数较低，整流变压器单侧接能馈装置，整流变压器双绕组发热不均衡，影响寿命；中压独立支路型能量回馈装置可以实现全功率范围内制动能量回馈，采用多重化拓扑结构，设备投资较高，占地较大。
[0004]采用双隔离变压器的共用整流变能量回馈装置可以实现全功率范围内制动能量吸收，提高设备节能率，同时使得整流变压器阀侧双绕组工作发热均衡，不会对整流变压器产生不利影响；另外双路能馈支路加隔离变压器的方式，将极大减少注入交流电网的电流谐波含量，并基本消除与二极管整流器之间的环流影响。
[0005]对于能馈装置接入整流变压器方案，在现有技术主要有以下文几种:(1)专利申请号为201210065612.X的专利文献公开了一种能馈式牵引供电装置，包括变压器、二极管整流机组和PWM整流机组，该能馈式牵引供电装置还包括双向DC-DC变换器，该技术方案采用双向DC-DC变换器与二极管整流机组和PffM整流机组的直流侧连接，实现PWM整流机组与二极管整流机组共用一个变压器，该技术方案在PWM整流机组和二极管整流机组间加入了双向DC-DC变换器，系统电路复杂、控制系统复杂、投资成本高，控制较难于实现。(2)专利申请号为200810156541.8的专利文献公开了一种地铁供电系统的多目标综合控制节能装置，采用可控高功率因数整流的AC/DC变流模块取代传统的整流电路，同时在直流母线处装有一台或多台并联DC/DC变流模块，使机车制动时产生的电能可部分通过AC/DC模块回馈到电网，部分通过DC/DC模块升压后存储到独立电容器组，该装置可充分利用制动能量，并通过部分吸收能量、部分回馈能量来克服所有能量瞬时回馈电网对电网的冲击。该技术方案采用在直流牵引母线处加增一台或多台并联的DC/DC变流模块，使机车制动时产生的电能可部分通过AC/DC模块回馈到电网，部分通过DC/DC模块升压后存储到独立电容器组，来克服所有能量瞬时回馈电网对电网冲击，通过增加硬件的方式来减少对电网的冲击，增加了设备成本及占地面积，且回馈与吸收能部分逻辑复杂，实现难度较大，会影响设备工作的可靠性。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题:针对现有技术的上述问题，提供一种能够在列车电制动时将制动能量通过逆变器逆变至整流变压器的次边、通过整流单元升压回馈到中压交流电网以达到节能目的，能够在功率范围内稳定直流母线电压，灵活性高、体积小、与既有系统结合度高、功率因数高及注入到交流侧的谐波低、通用性好的城轨供电系统双线圈接入式中压能馈系统及其能馈方法。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
本发明提供一种城轨供电系统双线圈接入式中压能馈系统，包括整流变压器、双线圈接入式能馈装置和整流单元，所述整流变压器的网侧绕组和中压交流电网相连、阀侧双绕组分别通过双线圈接入式能馈装置和整流单元和直流牵引网的直流母线相连，所述双线圈接入式能馈装置包括并联布置的两重能馈支路，每一重能馈支路包括依次串联布置的交流侧低压断路器QF1、隔离变压器、逆变器和直流侧接触器KM1，所述逆变器的交流侧依次通过隔离变压器、交流侧低压断路器QFl和整流变压器一个的阀侧绕组相连，所述逆变器的直流侧通过直流侧接触器KMl和直流牵引网的直流母线相连。
[0008]优选地，所述双线圈接入式能馈装置的直流侧设有第一直流开关QFzl和第一负极开关QC1，所述两重能馈支路的逆变器的直流侧正极输出端共同通过第一直流开关QFzl和直流牵引网的直流母线的正极相连，所述两重能馈支路的逆变器的直流侧负极输出端共同通过第一负极开关QCl和直流牵引网的直流母线的负极相连。
[0009]优选地，所述逆变器的直流侧的正极输出端或者负极输出端和直流牵引网的直流母线之间串接有直流电抗器L。
[0010]优选地，所述整流单元包括交流侧各与整流变压器的一个阀侧绕组相连的两个脉冲整流器，所述脉冲整流器的直流侧与直流牵引网的直流母线相连。
[0011]优选地，所述整流单元的直流侧设有第二直流开关QFz2和第二负极开关QC2，所述两个脉冲整流器的直流侧正极输出端共同通过第二直流开关QFz2和直流牵引网的直流母线的正极相连，所述两个脉冲整流器的直流侧负极输出端共同通过第二负极开关QC2和直流牵弓I网的直流母线的负极相连。
[0012]优选地，所述整流变压器的网侧绕组串接有高压交流断路器QFg，所述整流变压器的网侧绕组通过高压交流断路器QFg和中压交流电网相连。
[0013]优选地，所述隔离变压器的次边绕组相位和整流变压器的阀侧绕组相位一致。
[0014]本发明还提供一种前述城轨供电系统双线圈接入式中压能馈系统的能馈方法，步骤包括:
1)在列车处于运行状态下，城轨供电系统双线圈接入式中压能馈系统处于热待机状态，双线圈接入式能馈装置和整流单元停止工作，当列车牵引启动时，跳转执行步骤2);当列车制动时，跳转执行步骤3);
2)通过整流变压器、整流单元从中压交流电网取流注入直流牵引网为列车牵引启动提供牵引电流，直流母线电压从空载电压随着电流变大而逐渐降低，该直流母线电压远低于双线圈接入式能馈装置的启动电压，使得双线圈接入式能馈装置保持关闭；当直流牵引网的直流母线电压恢复正常时，整流单元停止工作，返回步骤I);
3)列车制动能量引起直流牵引网的直流母线电压上升，当直流母线电压超过整流单元的空载电压时，所述整流单元反向截至使得整流单元停止工作；当直流牵引网的直流母线电压上升达到双线圈接入式能馈装置的启动门槛值时，双线圈接入式能馈装置启动，通过双线圈接入式能馈装置、整流变压器将列车制动能量回馈到中压交流电网；判断是否达到双线圈接入式能馈装置的停止条件，当达到双线圈接入式能馈装置的停止条件时，双线圈接入式能