城轨供电系统混合型再生能量回收方法及装置

摘要

本发明公开了一种用于城轨供电系统的混合型再生能量回收方法及装置，方法的步骤包括根据交流电网的故障状态确定能量回馈/吸收模式，通过控制能馈变流器在能量回馈模式下将再生制动能量回馈至交流电网，在能量吸收模式下将再生制动能量转换为直流低压电后通过能量吸收组件吸收；装置包括直流隔离开关单元、能馈变压器、变流器控制单元和至少一个变流器单元，变流器单元包括能馈变流器、能量回馈支路开关K1、能量吸收支路开关K2和三个能量吸收组件。本发明能够在交流电网故障时通过能量吸收组件吸收再生制动能量以维持直流网压稳定，不需要切断能量回收装置与直流电网的连接，提高了能量回收装置的安全可靠性，并能省去斩波器结构、节约成本。

主权项

一种城轨供电系统混合型再生能量回收方法，其特征在于包括如下步骤：在城轨运行状态下，检测交流电网的故障状态，如果交流电网正常，则在列车制动时进入能量回馈模式，在能量回馈模式下将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量通过能馈变流器转换为交流电、再通过能馈变压器转换为指定电压的交流电后回馈至交流电网；如果所述交流电网发生故障，则断开所述能馈变流器到交流电网之间的通路，在列车制动时进入能量吸收模式，在能量吸收模式下将能馈变流器作为斩波器使用，将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直流电后通过能量吸收组件吸收；所述通过能量吸收组件吸收具体是指通过制动电阻吸收，所述将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直流电后通过能量吸收组件吸收的步骤包括：2.1)在能量吸收模式下，检测能馈变流器靠能馈变压器侧各相线路的电流i_a、i_b、i_c及城轨牵引供电系统的直流母线电压U_dc；分别将检测得到的信号进行滤波处理；2.2)获取直流母线电压U_dc和预设的参考电压U_{dc_ref}之间的差值，将该差值输入PI控制器后输出电流参考值作为能馈变流器靠能馈变压器侧的每一相共用的外环输出量；2.3)针对能馈变流器靠能馈变压器侧的每一相，获取所述能馈变流器靠能馈变压器侧各相线路的电流i_a、i_b、i_c与作为共用外环输出量的电流参考值之间的差值，分别将该差值输入PI控制器得到控制信号，将所述控制信号输出至空间矢量脉宽调制模块；2.4)所述能馈变流器包括并联连接的三个IGBT桥臂，每一个IGBT桥臂包括与城轨牵引供电系统的直流电网的正极母线相连的第一IGBT器件、与城轨牵引供电系统的直流电网的负极母线相连的第二IGBT器件，所述第一IGBT器件、第二IGBT器件之间串联连接且均并联连接有续流二极管，所述第一IGBT器件、第二IGBT器件的公共连接端作为能馈变流器靠能馈变压器侧的一相通过滤波电感器L1输出；保持所述第二IGBT器件处于关断状态，通过空间矢量脉宽调制模块输出的脉冲触发信号控制各个IGBT桥臂中第一IGBT器件交替导通，当第一IGBT器件导通时，该个IGBT桥臂输出低压直流电并通过制动电阻吸收；当第一IGBT器件关断时，该个IGBT桥臂通过第二IGBT器件并联的续流二极管续流；从而将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直流电后通过制动电阻吸收；或者，所述通过能量吸收组件吸收具体是指通过超级电容吸收，所述将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直流电后通过能量吸收组件吸收的步骤包括：3.1)在能量吸收模式下，检测能馈变流器靠能馈变压器侧各相线路的电流i_a、i_b、i_c及城轨牵引供电系统的直流母线电压U_dc；分别将检测得到的信号进行滤波处理；3.2)所述能馈变流器包括并联连接的三个IGBT桥臂，每一个IGBT桥臂包括与城轨牵引供电系统的直流电网的正极母线相连的第一IGBT器件、与城轨牵引供电系统的直流电网 的负极母线相连的第二IGBT器件，所述第一IGBT器件、第二IGBT器件之间串联连接且均并联连接有续流二极管，所述第一IGBT器件、第二IGBT器件的公共连接端作为能馈变流器靠能馈变压器侧的一相通过滤波电感器L1输出；在超级电容充电时，获取所述能馈变流器靠能馈变压器侧各相线路的电流i_a、i_b、i_c与给定的电流参考值之间的差值，分别将该差值输入PI控制器得到控制信号，将所述控制信号输出至空间矢量脉宽调制模块；通过空间矢量脉宽调制模块输出的脉冲触发信号控制关断各个IGBT桥臂中的第二IGBT器件，各个IGBT桥臂中第一IGBT器件和第二IGBT器件所并联的续流二极管构成降压斩波电路，将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直流电后通过超级电容吸收；3.3)超级电容放电时，获取直流母线电压U_dc和预设的参考电压U_{dc_ref}之间的差值，将该差值输入PI控制器后输出电流参考值，分别获取所述能馈变流器靠能馈变压器侧各相线路的电流i_a、i_b、i_c与该电流参考值之间的差值，分别将该差值输入PI控制器得到控制信号，将所述控制信号输出至空间矢量脉宽调制模块，通过空间矢量脉宽调制模块输出的脉冲触发信号控制关断各个IGBT桥臂中的第一IGBT器件，各个IGBT桥臂中第二IGBT器件和第一IGBT器件所并联的续流二极管构成升压斩波电路，将所述超级电容中存储的电能以直流电的形式释放至城轨牵引供电系统的直流电网中。