再生制動逆變裝置在城市軌道交通的應(yīng)用有哪些呢？

1 概述

目前城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)采用二極管整流器，電能只能從交流電網(wǎng)向直流牽引網(wǎng)單向流動。當(dāng)車輛制動時，多余的再生制動能量使直流電網(wǎng)電壓升高。傳統(tǒng)的解決方法是設(shè)置電阻制動裝置，但這將造成電能的極大浪費并帶來溫升等其它問題。由于軌道交通車輛起制動頻繁，制動能量相當(dāng)可觀，若能加以合理利用必能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。

從較早的在牽引變電所設(shè)置再生能量電阻消耗裝置的應(yīng)用到近幾年電容儲能、飛輪儲能技術(shù)、再生電能逆變回饋設(shè)備發(fā)展，再生制動能量吸收技術(shù)在不斷研制和持續(xù)改進(jìn)，在國內(nèi)外軌道交通線路上得到應(yīng)用。針對目前使用的四種吸收裝置方案，表1給出了四種吸收裝置的特點:

再生制動逆變裝置（以下簡稱逆變裝置）即為逆變回饋型，其回饋能量將用于400V 負(fù)載或反送至35kV 電網(wǎng)。逆變裝置（逆變+電阻）根據(jù)各個傳感器檢測信號，綜合判斷直流電網(wǎng)上是否有列車處于再生電制動狀態(tài)，一旦確認(rèn)列車處于再生制動狀態(tài)并需要吸收能量時，系統(tǒng)啟動吸收過程。在控制系統(tǒng)中設(shè)置二級判斷基準(zhǔn)值，當(dāng)電網(wǎng)電壓升至到第一級判斷電壓時，系統(tǒng)首先投入逆變裝置，逆變裝置把機車剎車制動時產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成AC380V 電壓，自動跟蹤AC380V 母線電壓，并向負(fù)載供電，將再生能量消耗在用電設(shè)備上；一旦逆變吸收消耗不了該能量，將引起電網(wǎng)電壓進(jìn)一步上升，當(dāng)電網(wǎng)電壓升到第二級判斷電壓時，電阻斬波器立即投入工作，電阻吸收裝置將再生制動能量消耗，穩(wěn)定電壓不再上升，確保機車充分有效利用電制動。在直流牽引供電系統(tǒng)中，再生制動能量吸收裝置做為一個子系統(tǒng)工程，其作用關(guān)乎系統(tǒng)的安全。

2 逆變裝置的主回路系統(tǒng)

2.1 重慶某線路牽引供電系統(tǒng)概況

重慶某線路牽引供電系統(tǒng)主要分為直流牽引網(wǎng)和交流配電網(wǎng)兩部分。主變電所將三相35KV高壓交流送至各牽引所，經(jīng)整流變壓器、整流器變成適合軌道車輛應(yīng)用的1500V直流母線，饋電線再將直流電送到接觸網(wǎng)上，接觸網(wǎng)是沿車輛走行軌架設(shè)的特殊供電線路，軌道車輛通過其受流器與接觸網(wǎng)的直接接觸而獲得電能。

牽引變電所一般設(shè)兩臺牽引整流機組。目前采用兩臺整流機組并聯(lián)運行構(gòu)成等效24脈波整流方式。其容量按遠(yuǎn)期運量設(shè)計，根據(jù)國標(biāo)GB／T 10411-2005《城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)》規(guī)定，牽引整流機組的負(fù)載能力應(yīng)滿足：100％額定輸出連續(xù)；150％額定輸出2h；300％額定輸出lmin。允許電壓波動范圍為1000V～1800V。走行軌構(gòu)成牽引供電回路的一部分?；亓骶€將軌道回流引向牽引變電所。

交流配電網(wǎng)主要是提供站內(nèi)的照明、通風(fēng)、排水、電梯等基礎(chǔ)設(shè)施。

2.2 逆變裝置主回路拓?fù)?/p>

逆變裝置的主回路拓?fù)浞炙牟糠郑绷鹘佑|器部件、逆變單元、輸出電抗器、交流接觸器部件如圖2所示；

2.3 功率單元拓?fù)?br />
逆變裝置的單元內(nèi)部采用三電平結(jié)構(gòu)電路，單元主電路如圖3所示。

3 逆變裝置原理及功能

3.1工作原理

逆變裝置在收到“啟動”給定信號后，經(jīng)過控制回路動作直流接觸器、交流接觸器，并送出啟動完畢確認(rèn)信號?？偪匮b置檢測到啟動完畢確認(rèn)信號后，根據(jù)此時母線電壓的高低給出高電平“開機”信號，進(jìn)行能量回饋；低電平使逆變設(shè)備瞬間關(guān)斷，處于能量回饋等待狀態(tài)。逆變設(shè)備工作過程中，時刻接收并及時回復(fù)設(shè)備內(nèi)接觸器、各個單元的工作狀態(tài)信號。圖4為裝置的控制原理框圖。

3.2主要功能

（1）逆變裝置主要是根據(jù)母線電壓變化實現(xiàn)自動并網(wǎng)、逆變吸收及逆變電流調(diào)節(jié)等功能。
（2）逆變裝置設(shè)置過壓、過流、超溫、短路保護(hù)功能，當(dāng)某一逆變單元故障時，整機仍可以降額運行，不影響整機正常工作，同時把整機的工作狀態(tài)傳給上位機，等候其控制指令。
（3）自動化數(shù)據(jù)采集功能，微機控制系統(tǒng)由PLC控制系統(tǒng)和16位DSP系統(tǒng)構(gòu)成。實時采集直流、交流電網(wǎng)數(shù)據(jù)，根據(jù)直流母線電壓的變化自動調(diào)節(jié)逆變單元的輸出電流大小，逆變?yōu)榕c電網(wǎng)電壓同頻、同相的交流電送回電網(wǎng)。
（4） 微機控制系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通信口接入變電所綜合自動化系統(tǒng)。物理接口采用RS485接口，波特率19.2kbps，通信協(xié)議采用目前國際上通用的MODBUS-RTU，具有良好的通用性和開放性。

4 運行效益分析

根據(jù)業(yè)主電度表計量的數(shù)據(jù)，重慶某線路逆變裝置節(jié)電效果明顯。具體數(shù)據(jù)如表2；

根據(jù)運行數(shù)據(jù)分析，一個地鐵站點安裝的逆變裝置日均回饋電能約1000余度，參考工業(yè)用電價格1元/度，一天節(jié)省運行成本1000余元，年節(jié)約成本36萬余元。同時，對隧道內(nèi)部的通風(fēng)、散熱需求降低，若無逆變裝置此部分能量又要考慮被損耗掉，運行成本也要相應(yīng)增加。故設(shè)備運行經(jīng)濟效益顯著。

5 結(jié)束語

軌道交通有著運量大、速度快、安全可靠、準(zhǔn)點舒適的技術(shù)優(yōu)勢正逐步成為主要城市的交通工具，城市軌道交通自身所具有的社會屬性和經(jīng)濟屬性，使之成為城市交通運輸發(fā)展戰(zhàn)略的重點，同時也被視為城市交通體系的骨干力量。同時國家開始注重產(chǎn)品國產(chǎn)化，在國家設(shè)備國產(chǎn)化政策的引導(dǎo)下，一批軌道交通設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)和科研院所逐步壯大，推進(jìn)了產(chǎn)品國產(chǎn)化進(jìn)程。

審核編輯：劉清