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案例頻道摘 要：在簡要介紹軌道交通運行環(huán)境的基礎(chǔ)上，本文在硬件電路、性能及特點、運行效果等幾個方面介紹了軌道交通回饋裝置。此設(shè)備可以將有功功率、無功功率回饋電網(wǎng)，具有運行靈活、相應(yīng)快、THD小等特點。
關(guān)鍵詞：能量回饋、電流控制、逆變
1.引言
地鐵、城鐵等多數(shù)有軌車輛所需電源為直流電源。在車輛剎車、制動時產(chǎn)生的能量向直流母線回饋。此時，將抬高直流母線的電壓。如果直流電壓超過限制值，用以引起與直流母線相連接的設(shè)備損壞，甚至是產(chǎn)生嚴重的安全事故。傳統(tǒng)上，當電壓超過安全范圍時，采用電阻絲將其能量以熱量的形式消耗掉。這就造成了能源浪費和環(huán)境污染兩個問題。
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，這個問題已經(jīng)有了現(xiàn)實的解決方法。我公司研制了軌道交通能量回饋裝置，將車輛剎車流到直流母線的電能逆變位與電網(wǎng)同步的電能，并回饋至交流電網(wǎng)。單機功率達到1.5MW，填補了國內(nèi)技術(shù)空白。
2.設(shè)備硬件電路
此種類型的設(shè)備功率達到1.5MVA，采用單元級聯(lián)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)機構(gòu)如圖1 所示。系統(tǒng)包括主電路、檢測部分、控制部分。主電路的關(guān)鍵是開關(guān)元件IGBT，本部分的作用為完成電力的轉(zhuǎn)換，將直流電網(wǎng)富余的電能轉(zhuǎn)換為交流電并網(wǎng)。檢測部分主要由傳感器組成，其主要作用為檢測交流電網(wǎng)的電壓、電流、相位，檢測直流側(cè)的電壓、電流，并將檢測到的物理信號轉(zhuǎn)換為弱電信號，將其送入控制單元。控制單元的作用為根據(jù)傳感器輸入的信號和外部輸入的信號做出判斷，輸出PWM信號控制IGBT動作，使其完成電能的轉(zhuǎn)換;控制單元還具有輸入輸出的接口，接受外部指令信號，并將本系統(tǒng)的狀態(tài)傳給相關(guān)的系統(tǒng)。元件每個單元內(nèi)部采用三點平逆變結(jié)構(gòu)。圖紙幅度所限，在此只給出每個單元的主電路拓撲如圖2所示。采用電解電容作為逆變前的儲能元件，降低直流母線的電壓波動。主開關(guān)器件選用IGBT，輸出側(cè)使用電抗器濾波。核心控制芯片采用TI公司的TMS320LF2000系列的芯片，此系列的芯片是專門為電力電子轉(zhuǎn)換而設(shè)計的芯片，有豐富的片內(nèi)外設(shè)功能。包含有如下外設(shè)：事件管理器：定時器和用于數(shù)字電機控制的PWM發(fā)生器;CAN接口 ;具有16通道10位A/D;SPI串行外設(shè)接口;SCI串行通信接口。
3.主要性能及技術(shù)特點
在多年研制大功率變頻器及能量并網(wǎng)回饋裝置的技術(shù)基礎(chǔ)上，成功研制出軌道交通能量回饋裝置。經(jīng)過一年的成功運行證明，該產(chǎn)品有如下技術(shù)特點：（1）控制上采用電壓電流雙閉環(huán)矢量控制，呈現(xiàn)電流源特性，電流環(huán)是本裝置的控制核心。（2）采用多單元并聯(lián)，理論上功率可以無限擴展，各個單元之間采用多重化載波移相技術(shù)，極大的減小了網(wǎng)側(cè)電流總諧波。在某個單元發(fā)生故障時，不影響其他單元的運行，整機可以將額使用。（3）網(wǎng)側(cè)逆變器采用三電平電路拓撲，適應(yīng)網(wǎng)側(cè)電壓范圍廣，同時也有益于減小網(wǎng)側(cè)電流總諧波。（4）并網(wǎng)變流器采用先進的PWM控制技術(shù)，不但可以向交流電網(wǎng)回饋有功功率，而且可以回饋無功功率，超前和滯后的無功功率均能靈活調(diào)節(jié)。（5）具有動態(tài)響應(yīng)快，根據(jù)直流母線電壓及上級控制信號，可以瞬時滿足大范圍功率變化要求，適應(yīng)性強。（6）具有溫度，過流，短路，旁路，網(wǎng)側(cè)電壓異常等各種保護功能。（7）具有多種模擬量和數(shù)字量接口，具有CAN總線或RS485串行總線等接口，與網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備連接方便，控制靈活。（8）此種設(shè)備在短時工作制條件下工作，采用自然冷卻的方式。由于不使用冷卻風(fēng)機，從而提高了整機效率及可靠性。
4.整機運行效果
在做試驗時發(fā)現(xiàn)隨著整機電流的增加，整機效率成增加之勢，整機諧波電流成減小之勢。圖3 為整機回饋電網(wǎng)電流2000A時的三相電流波形圖。通過檢測設(shè)備得知饋網(wǎng)電流完全滿足國家標準。
正是由于此類設(shè)備采取了本文所述的措施，具有本文所述的特點。此類設(shè)備自投入運行以來運行良好，為用戶節(jié)約了能源，減少了用戶對環(huán)境的污染，并且給用戶帶來了可觀的經(jīng)濟效益。
參考文獻：
[1] 王兆安、黃俊. 電力電子技術(shù). 機械工業(yè)出版社 2001年第四版
[2] 張燕賓. SPM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù). 機械工業(yè)出版社 2001年第二版
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號