一种地铁能量回馈装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及城市轨道交通供电系统技术领域，具体涉及一种地铁能量回馈装置。
【背景技术】
[0002]近几年来我国城市轨道交通发展非常迅速，现有的地铁牵引供电方式采用二极管整流机组将35/33kV中压交流电整流成1500V直流，通过直流触网对地铁列车上的牵引电机供电。但是这种供电方式只能实现电能从电网到电机的单向功率流动，而电机在制动过程中工作在发电机状态，列车的机械能转换成电能。为了保证直流触网电压在安全范围内，现在基本采用电阻耗电方式吸收列车制动产生的电能，造成了电能的极大浪费，电阻产生的热量还增加了空调制冷负担，这违背了国家节能减排方针。
[0003]随着电力电子技术的发展，能量回馈装置逐渐在地铁里得到了应用。能量回馈装置的基本原理是将电机发出的直流电能逆变成交流电回馈到电网，这样电能就得到了再生利用，有效地提高了能源的利用效率。
[0004]国内少数高校和企业对地铁能量回馈装置进行了有益的研究和探索:北京交通大学和北京千驷驭电气有限公司的专利《一种具有无功补偿功能的能馈式牵引供电装置及控制方法》(申请号:201010601917.9)、株洲变流技术国家工程研究中心有限公司的专利《一种能馈型牵引供电装置及其控制方法》(申请号:201110118007.X)两篇专利比较具有代表性。
[0005]在电路结构上，这两篇专利都是利用基于IGBT (绝缘栅双极性晶体管)器件的三相逆变器将直流触网上的直流电能转换成交流电能，并通过升压变压器回馈到35/33kV中压电网。由于尚压、大电流IGBT的开关频率$父低，为了提尚等效开关频率、减少开关纹波对电网的污染，这两篇专利通过采用两台三角载波错相180度的三相逆变器串联或并联，达到开关频率倍频效果。但为了避免两台三相逆变器之间的短路或环流，两台三相逆变器的交流输出不能直接并联，只能分别连接升压变低压侧两路独立绕组，倍频效果只能在升压变中压侧体现。这样逆变器的并网输出滤波器只是包含了变压器漏感的单电感滤波器，而单电感滤波器的开关纹波滤除效果有限，开关纹波将会污染电网。
[0006]综上，这种采用单电感滤波的地铁能量回馈装置将会产生较为严重的谐波污染问题。
【实用新型内容】
[0007]为了克服上述技术缺陷本实用新型提供一种地铁能量回馈装置，该装置能够有效降低谐波污染，且具有可靠性高、体积小、成本低的优势。
[0008]本实用新型解决其技术问题的技术方案如下:
[0009]一种地铁能量回馈装置，该装置包括:直流开关柜、与直流开关柜电连接的功率柜、变压器，馈入直流触网的电能通过直流开关柜进入功率柜，功率柜将直流电转换成低压交流电，低压交流电经变压器升压成中压交流电馈入中压电网，其中，
[0010]功率柜包括3相Η桥逆变器、交流电流互感器、逆变器侧滤波电感、交流滤波电容、第二电流霍尔传感器、交流断路器，3相Η桥逆变器的各相输入端分别与直流开关柜输出端相连，各相输出端分别与各自的交流互感器输入端连接，各交流互感器输出端与各自对应的滤波器输入端连接，各滤波器输出端与对应的电流霍尔传感器输入端相连，电流霍尔传感器输出端与交流断路器输出端相连，直流开关柜输入至功率柜的直流电经开关频率f的3相Η桥单极倍频逆变，输出等效开关频率为2f的三相脉冲交流电，该脉冲交流电经过LCL滤波器得到三相正弦低压交流电。
[0011]功率柜中的Η桥逆变器输出采用LCL滤波器，逆变器侧滤波电感和交流滤波电容安装在功率柜中，网侧滤波电感利用变压器漏感实现，无需专门配备。
[0012]进一步，所述变压器为三相三柱式，高压侧采用三角形接法，低压侧采用三相独立绕组。
[0013]进一步，所述直流开关柜与功率柜通过铜排电连接。
[0014]进一步，所述直流开关柜内置:依次顺序电连接的电压霍尔传感器、直流刀闸、第一直流进线熔断器F1、直流滤波电感、直流接触器QF1、第一电流霍尔传感器ΤΑ1，以及，在所述直流接触器QF1两端并联一由电阻R1和直流接触器ΚΜ1串联构成的缓起电路，在所述第一电流霍尔传感器ΤΑ1输出端与所述第二直流进线熔断器F2输出端并联的由直流接触器KMd和电阻Rd串联构成放电回路。
[0015]当列车制动时，列车上的牵引电机工作在发电机状态，制动机械能转换成电能馈入直流触网，直流触网通过直流馈线柜连接到直流开关柜，直流开关柜内置的电压霍尔传感器采集直流触网接入的直流电电压，直流电经直流滤波电感滤波，输入3相Η桥逆变器，逆变器采用单极倍频控制得到等效开关频率是实际开关频率两倍的三相脉冲交流电，该脉冲交流电经过逆变器侧滤波电感、交流滤波电容、变压器漏感滤波后得到三相正弦低压交流电。交流电流互感器检测逆变器的三相输出电流，进行快速过流保护；所述第二电流霍尔传感器用于分别检测各自对应的三相低压交流电流，进行电流闭环控制。三相低压交流电与变压器低压侧三相独立绕组连接，变压器高压侧采用三角形接法与中压电网连接，三相低压交流电经变压器升压成中压交流电馈入中压电网。
[0016]因此，本实用新型可以获得以下的有益效果:
[0017](1)有效降低谐波污染:逆变电路采用3相Η桥，通过单极倍频逆变输出频率是实际开关频率的2倍，且输出l/2Ude、0、_l/2Ud。三种电平，相比普通两电平电路的U d。、-Udcf|j出，能将开关纹波幅值减小一倍，从而有效降低谐波污染。
[0018](2)波形质量好:H桥的逆变输出能够直接达到2倍频的效果，Η桥在低压侧就能实现倍频效果，在很大程度上保证了 LCL滤波器的可实现性。
[0019](3)可靠性高:Η桥逆变器控制类利于两电平电路，不存在I型三电平电路存在的内管过压风险。
[0020](4)减小体积、降低成本:输出开关纹波频率高、幅值小，能够减小输出LCL滤波器尺寸、降低成本；并网变压器为三相三柱式，高压侧三角形接法低压侧三相独立绕组，输出电压lkV。三相独立绕组为3相Η桥提供必需的相间隔离，变压器具有6%的短路阻抗，其漏感用作逆变器输出LCL滤波器的网侧电感。所以，变压器一兼三职，具有电压耦合、低压侧相间隔离、网侧滤波电感三重功能，降低装置成本。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型公开的一种地铁能量回馈装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0023]—种地铁能量回馈装置，包括:直流开关柜、与直流开关柜电通过铜排电连接的功率柜、变压器，馈入直流触网的电能通过直流开关柜进入功率柜，功率柜将直流电转换成低压交流电，低压交流电经变压器升压成中压交流电馈入中压电网，其中，功率柜包括3相Η桥逆变器、交流电流互感器、逆变器侧滤波电感、交流滤波电容、第二电流霍尔传感器、交流断路器，3相Η桥逆变器的各相输入端分别与直流开关柜输出端相连，各相输出端分别与各自的交流互感器输入端连接，各交流互感器输出端与各自对应的滤波器输入端连接，各滤波器输出端与对应的电流霍尔传感器输入端相连，电流霍尔传感器输出端与交流断路器输出端相连，直流开关柜输入至功率柜的直流电经开关频率f的3相Η桥单极倍频逆变，输出等效开关频率为2f的三相脉冲交流电。该脉冲交流电经过LCL滤波器得到三相正弦低压交流电。变压器为三相三柱式，高压侧采用三角形接法，低压侧采用三相独立绕组。功率柜中的Η桥逆变器输出采用LCL滤波器，逆变器侧滤波电感和交流滤波电容安装在功率柜中，网侧滤波电感利用变压器漏感实现，无需专门配备。
[0024]所述直流开关柜内置:依次顺序电连接的电压霍尔传感器、直流刀闸、第一直流进线熔断器F1、直流滤波电感、直流接触器QF1、第一电流霍尔传感器ΤΑ1，以及，在所述直流接触器QF1两端并联一由电阻R1和直流接触器ΚΜ1串联构成的缓起电路，在所述第一电流霍尔传感器ΤΑ1输出端与所述第二直流进线熔断器F2输出端并联的由直流接触器KMd和电阻Rd串联构成放电回路。
[0025]结合附图1作进一步说明:
[0026]当列车制动时，列车上的牵引电机工作在发电机状态，制动机械能转换成电能馈入直流触网，然后通过直流开关柜进入功率柜，功率柜将直流转换成交流，变压器将功率柜输出的低压交流升压成中压馈入中压电网，如图1所示的各个部件如下:
[0027]直流馈线柜:地铁直流触网通过直流馈线柜连接到直流开关柜，提供直流短路、过流保护功能；
[0028]直流开关柜:TV1为电压霍尔传感器，检测直流触网电压，若直流触网电压高于设定的门槛值，通常设置为1700V，则主控制器(基于TI DSP，安装在直流开关柜中)控制逆变柜往中压电网回馈电能；QS为