列車再生制動方法及條件

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1、精品文檔 8歡迎下載 條件 再生反饋電壓必須高于直流牽引電網(wǎng)電壓 再生制動能量可被本列車的輔助設備吸收利用，也可提供相鄰列車使用 再生制動能量循環(huán)利用主要有儲能和逆變兩種方式：儲能所采用的技術(shù)主要有 蓄電池儲能、電容儲能、飛輪儲能 3種；而能量回饋所采用的技術(shù)主要是逆變至 中壓網(wǎng)絡和低壓網(wǎng)絡兩類。 (1)蓄電池儲能 蓄電池儲能系統(tǒng)如圖所示，該裝置是將制動能量吸收到電池介質(zhì)中， 當供電 區(qū)間有列車需要取流時，再將所儲存的能量釋放出去，由于蓄電池本身的特點充 放電電流小，瞬間不能大功率充放電，所以該裝置體積較大電池處于頻繁充放電 狀態(tài)將影響其使用壽

2、命，儲能容量相對較少。 M 停工 L ik nm v AC 100 DC v I ! I I I I i * I I UATlA ;電■度事匕事 ;* 加 0* :-量受(內(nèi)需阻P ■，叫戚長電藁 * 七ft** .身?史?v tX.L(*MjCNttr rm例 R H&CB 圖4博電檀諱能我就原理示通用 f口第*ki匕 4 (2)飛輪儲能型 采用飛輪儲能方式的吸收裝置由儲能飛輪電機、IGBT斬波器、直流快速斷 路器、電動隔離開關(guān)、傳感器和控制模塊等組成。該裝置直接接在變電所正負母 線間或接觸網(wǎng)和回流軌間，其核心技術(shù)是利用核物理工業(yè)的物質(zhì)分

3、離衍生技術(shù)而 制造的飛輪，該裝置設置在真空殼體內(nèi)，飛輪經(jīng)過特殊材料和加工工藝制成的軸 支撐在底部結(jié)構(gòu)上。 近幾年，英國UPT電力公司生產(chǎn)的成熟運營的飛輪儲能型產(chǎn)品， 在香港電力 系統(tǒng)、香港巴士公司、英國、紐約部分地鐵均有應用。國內(nèi)北京大學某實驗室有 類似的小功率產(chǎn)品研制，但飛輪的機械參數(shù)難以達到國外的水平， 無法在工程中 投入使用。該產(chǎn)品的優(yōu)點：有效利用了再生制動能量，節(jié)能效益好；并可取消(或 減少)車載制動電阻，降低車輛自重，提高列車動力性能；直接接在接觸網(wǎng)或變 電所正負直流母線間，再生電能直接在直流系統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)換， 對交流供電系統(tǒng)不會造 成影響。該產(chǎn)品的缺點：飛輪是高速轉(zhuǎn)動的機械產(chǎn)品

4、，對制造工藝要求很高，需 采用真空環(huán)境和特殊軸類制造技術(shù)， 成本較高。使用壽命是否能滿足要求，維護 維修是否方便，另外國內(nèi)無成熟技術(shù)和產(chǎn)品等都成為制約其推廣的因素。 (3)超級電容儲能 以已經(jīng)投入運行的北京地鐵5號線為例簡單說明超級電容儲能的應用。 當具有再生制動能力的車輛在變電站能量存儲系統(tǒng)附近釋放能量時， 牽引網(wǎng) 網(wǎng)壓上升，能量存儲系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器可探測到這種情況， 并將牽引網(wǎng)系統(tǒng)中暫時多 余的能量存儲到電容器中，使牽引網(wǎng)網(wǎng)壓保持在限定范圍內(nèi)。若車輛在變電站能 量存儲系統(tǒng)附近起動或加速，牽引網(wǎng)網(wǎng)壓下降，此時，能量存儲系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器將 能量從存儲系統(tǒng)輸送回牽引網(wǎng)系統(tǒng)中， 保持牽引網(wǎng)網(wǎng)壓穩(wěn)定

5、。在直流牽引網(wǎng)的空 載狀態(tài)下，能量存儲系統(tǒng)從牽引系統(tǒng)吸收一部分能量， 通過這種方式可以幫助車 輛起動。 +S1A1-3I * *b-* 裾IFI 港引電機 車載儲能系統(tǒng) 圖3車載超級電容儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 - 雙向 DC-DC 廠變換器 超級 電容 逆變器 波波器電阻 牽引單元 +SJA2-QQ 1 /一 i+51Al-F[ LX_r>. +S1AHKL *S.-Rl U +S3-U I +SJ-FI454-J J 1 I I *53-Fi 趨口 +S5-F氣小。 *ss一叫 圖1能量存儲系統(tǒng)圖 儲能系統(tǒng)的基本工作原理如下：+S1A1-S

6、1為隔離開關(guān)，維護設備時，可將 系統(tǒng)從干線牽引網(wǎng)隔離開來。并可使用 +S1A2—Q0斷路器隔離系統(tǒng)。+S1A2—QO 斷路器發(fā)生故障導致短路時，熔斷器 +S1F1將熔斷。充電時，與+S1A2—QCW路 器并聯(lián)的預充電路（+S 1 A 1 — F l、+S1A1-K1和+S1A1-Rl和）將對間接電容器 （Czk）進行“軟”預充，避免充電沖擊電流太大損壞設備。間接電容器為一組直 流濾波電容器。牽引網(wǎng)產(chǎn)生瞬變電壓時， +S3-L 1濾波電抗器將保護能量存儲 系統(tǒng)。止匕外，該電抗器將牽引網(wǎng)和變流單元的諧波電流有效地分隔開來。 +S3-G 1、+S3- G2是變流單元的2個變流器模塊（圖2）,每個

7、變流器模塊分別包括2 條變流器分路，共4條變流器分路對能量的總量及流向進行調(diào)節(jié)控制。+S 3-F1、 +S3- F2、+S3- F3, +S3- F4為帶熔斷器的手動隔離開關(guān)， +S 4—L1、+S4- L2、 +S-L3、+S-L4為平波電抗器。進行設備維修時將系統(tǒng)從牽引網(wǎng)隔離出來以 后，使用由+S3-V1和SAR1組成的放電支路對能量存儲系統(tǒng)進行放電。 +S5- E1……+S8- E8為儲能雙層電容器。雙層電容器特點：高動態(tài)充電容量，具有頻 繁充放電能力，免維護，高效率，可分級控制儲能容量。 該系統(tǒng)的應用具有明顯優(yōu)勢：能量存儲系統(tǒng)先進、高性能的控制回路，在實 時檢測到牽引網(wǎng)的網(wǎng)壓波

8、動達到設定的條件后， 能夠快速地啟動充放電裝置，對 牽引網(wǎng)進行充、放電；而同時由于采用了能夠快速進行充放電的雙層電容器， 整 套裝置能夠?qū)恳W(wǎng)的電能變化做出及時反應， 從而改善牽引網(wǎng)供電質(zhì)量，滿足 車輛起動和制動需要。北京地鐵 5號線的14座牽引變電所均預留安裝再生電能 吸收裝置，從目前4套再生電能吸收裝置的運行情況來看， 在改善牽引網(wǎng)供電質(zhì) 量、提高車輛舒適性方面，效果良好，達到了設計目的。北京地鐵 5號線變電所 的一套再生電能吸收裝置設備采購費用為 51O余萬元人民幣，造價昂貴。因此， 在計劃采用這種設備時需要考慮經(jīng)濟效益，對近期和長期經(jīng)濟效益、社會效益要 綜合比較，最終確定是否可

9、行。隨著產(chǎn)品的大規(guī)?；a(chǎn)以及電子產(chǎn)品的飛速發(fā) 展，類似產(chǎn)品的價格必將大幅下降，相信不久的將來再生電能吸收技術(shù)能在地鐵 領域得到大面積應用，成為軌道交通牽引供電技術(shù)發(fā)展的方向。 其次是逆變裝置以及相關(guān)技術(shù) (1)逆變至中壓網(wǎng)絡的應用 本方案采用如圖1所示原理圖。虛線框中的部分即所提出的再生制動能量 回饋系統(tǒng)，從主接線上看，該系統(tǒng)與牽引供電支路并列布置在交流中壓電網(wǎng)和直 流牽引母線之間。系統(tǒng)包含1臺多重化變壓器以及多個四象限 PWME流器模塊， 整套裝置與傳統(tǒng)的二極管整流機組并列布置。系統(tǒng)的多重化變壓器一次側(cè)通過高 壓開關(guān)柜QFac與交流中壓電網(wǎng)相連，其低壓側(cè)每套繞組都與一個四象限變流器

10、模塊交流側(cè)相連，四象限變流直流側(cè)則并聯(lián)在一起后通過直流開關(guān)柜 QFdc和負 極柜QCdc與直流牽引母線相連。 交沆中年 電網(wǎng) QFfli I 島壓開關(guān)申 1GBT 交流器 橫塊口 IGB1 變流器 /塊1 宜流 母愛 牽引變壓器 vd r - 一太一極管 | T整流器 ：招「71c ［二板管 1/ 整流器 圖1 城軌供也系統(tǒng)再生制動能量回饋系統(tǒng) Fig. 1 Regenerative energy feedback system for MRT power system 系統(tǒng)檢測直流母線電壓，當確定有車輛制動且直流母線電壓超過設置的門檻 值時

11、，進入回饋模式。此時裝置將多余的再生制動能量通過各重 IGBT變流器以 及多重化變壓器回饋到交流中壓電網(wǎng)，此時裝置內(nèi)能量的流動方向是從牽引直流 母線流向交流中壓電網(wǎng)，且交流中壓電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)接近 -1。 針對目前城軌供電系統(tǒng)再生制動能量回饋的幾個問題， 該方案提出了基于多 重化四象限變流器的制動能量回饋系統(tǒng)。仿真和樣機試制表明，該系統(tǒng)可以在滿 足電網(wǎng)兼容性要求的前提下實現(xiàn)制動能量回饋至中壓電網(wǎng)的功能， 加之所述系統(tǒng) 與現(xiàn)有牽引供電系統(tǒng)并列連接，并與中壓交流電網(wǎng)和直流牽引網(wǎng)之間相互間兼容 性好，有著較大實際意義和推廣價值。 (2)逆變至低壓壓負荷網(wǎng)絡 逆變至低壓網(wǎng)絡利用再生制動能量

12、逆變回饋裝置來逆變多余的再生制動能 量，采用直流牽引網(wǎng)的電壓作為能量控制策略依據(jù)，提出DC/AC變換器電壓外環(huán)、 電流內(nèi)環(huán)的SVPW彼制策略；運用Matlab/Simlulink 搭建了一個750V直流電氣 化鐵路等效模型仿真平臺，并通過仿真和實驗驗證了該控制策略的可行性和有效 性。再生制動能量逆變回饋裝置能滿足地鐵列車再生制動能量吸收利用及穩(wěn)定直 流牽引網(wǎng)電壓要求，實現(xiàn)車輛再生制動能量回饋利用。 圖1示出再生制動能量逆變回饋裝置主電路。 該系統(tǒng)由三相交流電源經(jīng)降壓 變壓器降壓后與二極管構(gòu)成不可控整流來模擬變電所直流牽引供電系統(tǒng) ，整流器 輸出24脈動整流電壓到直流牽引供電網(wǎng)，電路后端加入

13、逆變器和電機，通過控制 電機運行的不同狀態(tài)來模擬地鐵運行工況，再生制動能量逆變回饋裝置并聯(lián)在直 流母線電壓端。 直交機生供電逆變器 線躋參數(shù) ?奉明 變電所 A結(jié)構(gòu) 并罔逆變得流波器 圖1主電路結(jié)構(gòu)圖 Fig. 1 Main circuil structure 在三相靜止對稱坐標系數(shù)學模型中，因為并網(wǎng)逆變器的交流側(cè)均為時變交 流量,所以對控制系統(tǒng)的設計比較復雜。為使控制系統(tǒng)的設計變簡單，可通過坐標 變換轉(zhuǎn)換到與電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的 d,q坐標系下。這樣，經(jīng)過坐標旋轉(zhuǎn)變換 后,三相對稱靜止坐標系中的基波正弦量將轉(zhuǎn)化為同步旋轉(zhuǎn)坐標系中的直流變 量。這里對電壓源型逆變器采用輸出

14、電流控制 ，在與電網(wǎng)電壓矢量同步旋轉(zhuǎn)的 d,q坐標系下，應用同步矢量電流PI控制器對逆變器輸出電流實施閉環(huán)控制，實 現(xiàn)有功和無功的解禍控制，達到逆變器輸出單位功率因數(shù)并網(wǎng)的目的。圖 2示出 DC/AC空制的流程圖,采用基于SVPWM雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)，直流牽引網(wǎng)的電壓采用外 環(huán)控制，而內(nèi)環(huán)控制逆變器輸出電流。 圖2 DC/AC控制框圖 Fig. 2 DC/AC control block diagram 外環(huán)控制直流牽引網(wǎng)電壓，實際直流牽引網(wǎng)電壓嘰與給定電壓嘰’的差值作 為直流電壓PI調(diào)節(jié)器的輸入，其輸出作為對應有功功率的d軸電流參考值ia*, 通過調(diào)節(jié)逆變器傳送到電網(wǎng)的有功功

15、率，使直流牽引網(wǎng)電壓工作在給定參考電 壓。內(nèi)環(huán)為電流控制環(huán)，在與電網(wǎng)電壓矢量同步旋轉(zhuǎn)的d,q坐標系統(tǒng)下，利用兩個 PI調(diào)節(jié)器對逆變器輸出電流的d,q軸分量進行解禍控制，PI調(diào)節(jié)器的輸出分別為 Ud*和Uq*。根據(jù)Ud*和Uq*及電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度的值，利用7段式SVPWM 法即可得三相參考電壓Ua, Ub, Uc的調(diào)制波形。設置iq*=0使逆變器輸出功率 因數(shù)為1。該裝置的驅(qū)動電路將無橋 Boost的PFCffi半橋諧振LLC電路有機結(jié)合, 具有器件少，成本低，無電解電容，控制簡單，輸入功率因數(shù)高等優(yōu)點。 由上述分析可知： 電容儲能型或飛輪儲能型再生制動能量吸收裝置主要采用 IGBT逆變

16、器將 列車的再生制動能量吸收到大容量電容器組或飛輪電機中， 當供電區(qū)間內(nèi)有列車 起動或加速需要取流時，該裝置將所儲存的電能釋放出去并進行再利用。 該類吸 收裝置的電氣系統(tǒng)主要包括儲能電容器組或飛輪電機、 IGBT斬波器、直流快速 斷路器、電動隔離開關(guān)、傳感器和微機控制單元等。該裝置充分利用了列車再生 制動能量，節(jié)能效果好，并可減少列車制動電阻的容量。其主要缺點是要設置 體積龐大的電容器組和轉(zhuǎn)動機械飛輪裝置作為儲能部件，因此應用實例較少。 逆變回饋型再生制動能量吸收裝置主要采用電力電子器件構(gòu)成大功率晶閘 管三相逆變器，該逆變器的直流側(cè)與牽引變電所中的整流器直流母線相聯(lián)， 其 交流進

17、線接到交流電網(wǎng)上。當再生制動使直流電壓超過規(guī)定值時， 逆變器啟動并 從直流母線吸收電流，將再生直流電能逆變成工頻交流電回饋至交流電網(wǎng)。 該吸 收裝置的電氣系統(tǒng)主要包括晶閘管逆變器、 逆變變壓器、平衡電抗器、交流斷路 器、直流快速斷路器、電動隔離開關(guān)、直流電壓變換器和調(diào)節(jié)控制柜等。該裝置 充分利用了列車再生制動能量， 提高了再生能量的利用率， 節(jié)能效果好，并可 減少列車制動電阻的容量。其能量直接回饋到電網(wǎng)，既不要配置儲能元件，又不 要配置吸收電阻，因此對環(huán)境溫度影響小，在大功率室內(nèi)安裝的情況下多采用此 方 歡迎您的下載, 資料僅供套考! 致力為企業(yè)和個人提供合同協(xié)議， 策劃案計劃書，學習資料等等 打造全網(wǎng)一站式需求