专利名称：可向电网回馈制动能量的磁浮牵引供电系统的制作方法
技术领域：
本发明属于供电，特别是关于一种可将列车制动能量向电网反馈的 磁浮牵引供电系统。
背景技术：
目前处于示范运行中的高速磁浮列车的牵引供电系统使用的是由 二极管不控整流器和晶闸管相控整流器构成的交流一直流变换装置和 串接的逆变器。由于这种交流一直流变换装置和串联的逆变器组成的牵 引供电系统在列车制动过程中，无法将再生的电能反馈到电网供其它使 用，所以只能在列车上设置大功率的电阻器作为制动负载，将大量的再 生电能由电阻器放电耗尽。用这种电阻器放电的方法来消除制动产生的 能量的好处是简单易行，但是却将大量可利用的再生电能白白地消耗， 这不仅是对能量资源的极大浪费，还因电阻放电产生的热量会对列车和 供电系统其它部分正常工作造成不利的影响。
为改变制动能量白白耗费的缺陷，中国专利ZL200410024636.6提 出了一种可将磁浮列车制动能量反馈电网的牵引供电系统，该牵引供电 系统用四象限变流器(PWM整流器)替换传统的二极管不控整流器和 晶闸管相控整流器串联的交流一直流变换装置。由于四象限变流器具有 能量双向流动的能力，因此当列车在制动时，可以将制动能量产生的电 能自行向电网回馈，不仅可以降低电网的电量的消耗量，提高电网运行 效率，还可以消除列车制动热量造成的危害。但是同样容量的四象限变 流器的价格远高于由二极管不控整流器和晶闸管相控整流器组成的交 流一直流变换装置。因此，用同容量的四象限变流器替换现有磁浮列车 牵引供电系统中的由二极管不控整流器和晶闸管相控整流器串联成的
3交流一直流变换装置投资较高。
发明内容
磁浮交通系统中，处于制动状态的列车的制动能量小于牵引状态的 牵引能量，或者由同一变电站供电的几辆高速磁浮列车的牵引变流装置 可共一直流母线，这样其制动能量可以主要被其它处于牵引状态的列车 所吸收，所以实际回馈到电网上的制动能量的容量不会很大，因此可以 用小容量价格低廉的四象限变流器专门回馈制动能量，而保持原二极管 不控整流器和晶闸管相控整流器串联的交流一直流变换装置提供牵引 能量。为实现这一设想，则必需解决四象限变流器的容量大小，以及四 象限变流器和原有交流一直流变换装置的连接和控制的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案是
一种可向电网回馈制动能量的磁浮牵引供电系统，包含由原二极管 不控整流器和晶闸管相控整流器串联的交流一直流变换装置、小容量的 三相四象限变流器，其特征在于该小容量的四象限变流器的容量为交 流一直流变换装置容量的1/2以下；该四象限变流器的交流端通过变压 器分别与电网及交流一直流变换装置的交流端连接，其直流端与该交流 一直流变换装置的直流端连接；设置有由电压传感器、电流传感器和单 片机或数字信号处理器组成的控制装置，该单片机或数字信号处理器将 由电压传感器获得的交流一直流变换装置的直流母线电压信息和由电 流传感器获得的三相四象变流器的输入电流信息经计算处理后按下述 程序控制三相四象限变流器
1 .检测交流 一 直流变换装置交流侧电流；
2. 判别交流一直流变换装置直流母线电压，若小于预设值返回上一 程序；
3. 若直流母线电压大于预设值，启动四象限变流器进入逆变状态；4. 检测四象限变流器输入功率；
5. 判别该输入功率，若该功率为负返回上一程序；
6. 若该输入功率为正，关闭四象限变流器；
7. 返回程序1。
由于现有交流一直流换流装置的磁浮牵引供电系统直流侧电压较 高，考虑目前全控器件的耐压水平，该四象限变流器为串联二重化的四 象限变流器，不仅降低了四象限变流器中各个开关管承受的电压，只有 直流母线电压的一半，而且可以改善交流端电流的谐波含量。
本发明具有下列的有益效果
1. 可将磁浮列车制动时的制动能量反馈电网，实现再生能量的充分 利用，既达到节能目的，又有良好的经济效益和社会效益。
2. 本发明对原有的磁浮牵引供电系统，在结构和电路连接上未有任 何改动，仅增加了小容量的四象限变流器和控制器，就可实行制动能量 的回收，从而简化了整个设备的改造过程。
3. 采用串联二重化的四象限变流器可降低其功率开关管的受载电 压，延长了器材的使用寿命，又保证了设备运行的安全性和可靠性。
4. 串联二重化的四象限变流器可改善交流端的电流谐波含量，降低 四限象变流器输入电流的总谐波畸变率。
图1是应用本发明的长大干线的磁浮列车牵引供电结构图。 图2是本发明的磁浮列车牵引供电系统。 图3是控制器的控制程序。 图4是本发明的串联二重化三相四相象变流器。
具体实施例方式
请参阅图l所示，这是一个应用本发明于长大干线上的运行概况。该复线运行的磁浮交通有上行线和下行线，因此，两个车站之间形成了 一个上行区段和一个下行区段。每个变电站设置一个磁浮牵引供电系统
中可向电网回馈制动能量的AC/DC双向输电模块，该AC/DC双向输电 模块分别通过四个DC/AC逆变模块以一个车站为中心向分别运行在该 车站两侧两个上行区段和二个下行区段上的列车负载供电，如此只要沿 线路按车站顺序间隔设置变电站即可。
图2为本发明磁浮牵引供电系统，即图1中的AC/DC模块和DC/AC 模块，其中AC/DC模块为原磁浮牵引供电系统的由二极管不控整流器 和晶闸管相控整流器串联的交流一直流变换装置2，再加上小容量的三 相四象限变流器4和包含电压传感器、电流传感器和单片机或数字信号 处理器的控制器组成，逆变器3即为DC/AC逆变模块，直接与负载连 接。按图1所示的长大干线运行概况可知，该三相四象限变流器4的容 量为该交流一直流变换装置2容量的1/2以下即可，其交流端通过变压 器分别与电网1及交流一直流变换装置的交流端连接，其直流端与该交 流一直流变换装置2的直流端的直流母线相连接，共同作为AC/DC模 块的直流母线，该控制装置5籍其电压传感器获得的交流一直流交换装 置2的直流母线电压信息和电流传感器获得的三相四象限变流器的输入 电流信息经其单片机或数字信号处理器计算处理后按图3所示的控制程 序控制小容量的三相四象限变流器4的工作与否，具体如下-
1. 检测交流一直流变换装置1交流侧的电流；
2. 判别直流母线电压是否大于预设值；若设有大于预定值，返回上 一程序；
3. 若直流母线电压大于预设值，说明负载有制动能量需要回馈，启 动三相四象限变流器4逆变程序，将制动能量回馈电网；
4. 检测三相四象限变流器4输入功率；5. 判别上述输入功率的正负，若为负功率返回上一程序；
6. 若该输入功率为正，停止三相四象限变流器工作；
7. 返回程序1。
由于目前磁浮牵引供电系统直流侧电压较高，而现有全控器件的耐 压水平有所欠缺，为此本发明使用了串联二重化的三相四象限变流器 (见图4所示)，将两个逆变器的交流端叠加而直流端为串接，这样逆 变器中每个功率开关管承受的电压仅为直流母线电压的一半，而且通过 载波的移相技术叠加后的交流电压中某些谐波会因相位相反而抵消，达 到减小交流端谐波的效果。
作为磁浮牵引供电系统中向负载直接供电的DC/AC逆变模块，其 数量由实际的运行线路数量确定，例如单轨运行的线路，DC/AC模块 只需二个，如果该变电站向五条规线供电，则应有五个DC/AC模块。
权利要求
1、可向电网回馈制动能量的磁浮牵引供电系统，包含由原二极管不控整流器和晶闸管相控整流器串联的交流-直流变换装置和小容量的三相四象限变流器，其特征在于该小容量的四象限变流器的容量为交流-直流变换装置容量的1/2以下；该四象限变流器的交流端通过变压器分别与电网及交流-直流变换装置的交流端连接，其直流端与该交流-直流变换装置的直流端连接；设置有由电压传感器、电流传感器和单片机或数字信号处理器组成的控制装置，该单片机或数字信号处理器将由电压传感器获得的交流-直流变换装置的直流母线电压信息和由电流传感器获得的三相四象变流器的输入电流信息经计算处理后按下述程序控制四象限变流器1.检测交流-直流变换装置交流侧电流；2.判别交流-直流变换装置直流母线电压，若小于预设值返回上一程序；3.若直流母线电压大于预设值，启动四象限变流器进入逆变状态；4.检测四象限变流器输入功率；5.判别该输入功率，若该功率为负返回上一程序；6.若该输入功率为正，关闭四象限变流器；7.返回程序1。
2、根据权利要求1所述的可向电网回馈制动能量的磁浮牵引供电 系统，其特征在于该三相四象限变流器是串联二重化的三相四象限变 流器。
全文摘要
本发明属于供电。一种可向电网回馈制动能量的磁浮牵引供电系统，包含由原交流—直流变换装置、容量为交流—直流变换装置容量1/2以下的四象限变流器，其交流端通过变压器分别与电网及交流—直流变换装置的交流端连接，其直流端与该交流—直流变换装置的直流端连接；设置有由电压、电流传感器和单片机或数字信号处理器组成的控制装置，该控制装置按下述程序控制四象限变流器1.检测交流—直流变换装置交流侧电流；2.判别交流—直流变换装置直流母线电压是否大于预设值；3.若直流母线电压大于预设值，启动四象限变流器进入逆变状态；4.检测四象限变流器输入功率；5.判别输入功率的正负；6.若输入功率为正，关闭四象限变流器；7.返回程序1。
文档编号B60L13/10GK101633322SQ20091019459
公开日2010年1月27日 申请日期2009年8月26日 优先权日2009年8月26日
发明者史黎明, 湖 孙, 张立伟, 华 方, 杨中平, 飞 林, 游小杰, 王琛琛, 贺明智, 郑琼林, 郝瑞祥, 黄先进 申请人:上海磁浮交通发展有限公司;上海磁浮交通工程技术研究中心