一种机车再生电能回馈设备及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种机车再生电能回馈设备。设备由回馈变压器、交流侧开关、滤波器、逆变器、能量释放单元组成。能量释放单元由两组电容同向串联构成的第一支路、两个功率半导体开关模块同向串联构成的第二支路以及放电电阻构成，放电电阻的一端与第一支路的中间点连接，另一端与第二支路的中间点连接。本发明还包括所述设备的控制方法：当直流电压超过第一门槛值时，逆变器开始启动，向交流电网传输有功功率，当直流电压超过第二门槛值时，启动能量释放单元，轮流控制第二支路的两个功率开关模块开通。该设备能够将机车刹车制动能量回馈给交流电网，回馈效率高，简单实用，可靠性高。
【专利说明】
—种机车再生电能回馈设备及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机车电能回馈设备及控制方法，属于应用于轨道交通的大功率电力电子【技术领域】。
【背景技术】
[0002]机车再生电能回馈设备用于轨道交通上再生电能的吸收和回馈的场合，按将再生电能回馈至电网。
[0003]再生电能回馈设备的原理可简述如下:当车辆进入制动工况，机车的动能转换为电能，向直流电网输入电能时，会引起直流电网电压升高。再生电能回馈设备的控制系统实时检测直流电网电压，当直流电网电压上升达到某一预设值时，逆变器开始启动，逆变器以实际的直流电网电压与基准值的差值控制输出电流，直到输出电流达到逆变器的最大容许输出电流，逆变器向交流电网回馈电能，直流电网电压将会有下降的趋势。车辆完成制动后，直流电网电压降下降，恢复到正常值，再生电能回馈设备返回到备用状态。因此，再生电能回馈设备作用是维持直流电网电压保持稳定，将多余的电能回馈给交流电网。但是如果刹车能量过大，逆变器达到最大输出电流后，直流母线电压还将继续上升，如果逆变器继续提高输出电流，逆变器直流母线电压过高或逆变器功率开关器件过流会造成逆变器的损坏。如果逆变器停止工作，地铁直流母线所带其他设备将承受过高直流电压而损坏。
【发明内容】
[0004]为了解决由刹车能量过大造成直流母线电压上升，而导致设备损坏的问题:本发明提出一种机车再生电能回馈设备及控制方法。
[0005]具体的方案如下:
[0006]一种机车电能回馈设备，包括回馈变压器、交流侧开关、滤波器、逆变器:设备还包括能量释放单元，所述能量释放单元、逆变器、滤波器、交流侧开关及回馈变压器依次连接，能量释放单元与直流母线连接，回馈变压器与交流电网连接。
[0007]上述方案中，所述能量释放单元由两组电容同向串联构成的第一支路、两个功率半导体开关模块同向串联构成的第二支路以及放电电阻构成，放电电阻的一端与第一支路的中间点连接，另一端与第二支路的中间点连接。
[0008]另外，本发明还提供一种使用上述设备的控制方法:所述方法包括如下步骤:
[0009]步骤1:实时检测直流母线电压值，当直流母线电压值超过第一设定值，启动逆变器，控制逆变器向交流电网输送有功功率；
[0010]步骤2:当直流母线电压值超过第二设定值时，启动能量释放单元；
[0011]步骤3:当直流母线电压低于第三设定值时，停止能量释放单元；
[0012]步骤4:当直流母线电压低于第四设定值时，停止逆变器。
[0013]上述方案中，所述方法的第四设定值〈第一设定值〈第三设定值〈第二设定值。
[0014]上述方案中，所述启动能量释放单元的方法是轮流控制两两个功率半导体开关模块导通，使两个功率半导体开关导通时间相同，所述停止能量释放单元的方法是，使两个功率半导体开关模块关断。
[0015]有益效果:
[0016]1、逆变单元结合能量释放单元，通过设定多个直流电压启动门槛值，起到多重保护的作用，可以有效的控制直流母线电压，以防止由于直流母线电压过高损坏设备。不但提高了地铁再生电能回馈设备的可靠性，同时也保护了挂在直流母线上的其他设备。
[0017]2、能量释放单元通过两个功率半导体器件轮流工作，可快速释放直流侧多余的能量。两个功率半导体器件互为冗余，交替工作，避免了单个器件工作过于频繁负担过重的问题，提高了能量释放单元的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明的机车再生电能回馈设备拓扑图
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0020]如图1所示:图中标号名称:1、回馈变压器；2、交流开关；3、滤波器；4、逆变器；5、能量释放单元；6、放电电阻；7、电容；。
[0021]一套机车再生电能回馈设备，包括回馈逆变器(I)、交流开关(2)、滤波器(3)、逆变器(4)、能量释放单元(5)、放电电阻(6)，电容(7)。能量释放单元与直流母线连接，回馈变压器与交流母线连接。
[0022]在本例中逆变器为三相半桥结构的逆变器。本例中回馈变压器为两绕组变压器，变压器原边电压为35KV，变压器副边电压为950V，直流母线额定电压为1500V。
[0023]能量释放单元由两组电容同向串联构成的第一支路、两个功率半导体开关模块同向串联构成的第二支路以及放电电阻构成，放电电阻的一端与第一支路的中间点连接，另一端与第二支路的中间点连接。
[0024]在本例中使用两组容值均为1mF的电容，功率半导体开关模块采用3300V耐压的IGBT，放电电阻采用0.5Q/2MJ的放电电阻。
[0025]控制方法包括如下步骤:
[0026]步骤1:实时检测直流母线电压值，地铁正常母线电压为1500V，当线路上有车辆进入刹车制动状态时，直流母线电压上升，当超过第一设定值，本例中第一设定值为1600V，启动逆变器，控制逆变器向交流电网输送有功功率，本例中逆变器的最大有功功率可输出2MW ;
[0027]步骤2:本例中的刹车能量较高，虽然逆变器已经以最大功率向交流电网回馈能量，但直流母线电压继续上升，当直流母线电压值超过第二设定值时，本例中第二设定值为1700V，启动能量释放单元，控制能量释放单元的两个IGBT轮流导通，使两个功率半导体开关导通时间相同，即控制第一个IGBT导通时，另一个IGBT处于关断状态，本例中设定导通时间为1ms，Ims后第一个IGBT切换到关断状态，另一个IGBT切换到导通状态，持续Ims后，状态切换回第一个IGBT导通，另一个IGBT关断，反复切换。轮流释放直流母线上多余的能量。
[0028]步骤3:当机车刹车结束时，直流母线开始下降，直流电压低于第三设定值时，本例中第三设定值为1650V，停止能量释放单元，即同时关断控制能量释放单元的两个IGBT。
[0029]步骤4:当直流母线电压低于第四设定值时，本例中第四设定值为1550V，停止逆变器。
[0030]其中，第四设定值(1550V)〈第一设定值(1600V)〈第三设定值(1650V)〈第二设定值(1700V)。
[0031]以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，参照上述实施例进行的各种形式修改或变更均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种机车电能回馈设备，包括回馈变压器、交流侧开关、滤波器、逆变器；其特征在于:设备还包括能量释放单元，所述能量释放单元、逆变器、滤波器、交流侧开关及回馈变压器依次连接，能量释放单元与直流母线连接，回馈变压器与交流电网连接。
2.如权利要求1所述的机车电能回馈设备，其特征在于:所述能量释放单元由两组电容同向串联构成的第一支路、两个功率半导体开关模块同向串联构成的第二支路以及放电电阻构成，放电电阻的一端与第一支路的中间点连接，另一端与第二支路的中间点连接。
3.—种权利要求1所述设备的控制方法，其特征在于:所述方法包括如下步骤: 步骤1:实时检测直流母线电压值，当直流母线电压值超过第一设定值，启动逆变器，控制逆变器向交流电网输送有功功率； 步骤2:当直流母线电压值超过第二设定值时，启动能量释放单元； 步骤3:当直流母线电压低于第三设定值时，停止能量释放单元； 步骤4:当直流母线电压低于第四设定值时，停止逆变器。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于:所述方法的第四设定值〈第一设定值〈第三设定值〈第二设定值。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于:所述启动能量释放单元的方法是轮流控制两两个功率半导体开关模块导通，使两个功率半导体开关导通时间相同，所述停止能量释放单元的方法是，使两个功率半导体开关模块关断。
【文档编号】H02J3/38GK104201719SQ201410456508
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】王宇, 杨浩, 石巍, 方太勋, 刘为群, 沈全荣 申请人:南京南瑞继保电气有限公司, 南京南瑞继保工程技术有限公司