[发明专利]一种智能化能量双向流动的三电平变流器

说明书

本发明公开了一种智能化能量双向流动的三电平变流器，总控制系统通过CAN总线分别连接控制系统1和控制系统2，控制系统1通过连接三相三重斩波电路，控制系统2连接双向三电平变流器，三相三重斩波电路连接双向三电平变流器，双向三电平变流器通过接触器连接变压器，变压器连接电网。本发明有益效果：本发明可以提高了整流器的可靠性、高效、高功率密度以及提高了功率因数，降低了总谐波畸变率，降低了成本，拓展了应用范围；提高了电气装备的控制性能；提高了电气装备的安全性能和适应性能得水加热速度快；水电分离，安全系数高，加热速度快，成本低，安装方便。

技术领域

本发明涉及城市轨道交通接触网技术领域，尤其是一种智能化能量双向流动的三电平变流器。

背景技术

随着城市的大力发展，城市人口增多，交通变得拥挤，而城市轨道交通具有快速、运量大、低噪声、舒适安全、高效经济、节能环保等诸多优点，已逐渐成为世界各国解决日益严重的城市交通问题的首选。并且随着我国城市轨道交通的大力发展与建设，城轨交通由于其站间距离短，车辆运行密度又比较大，因此列车在频繁的启动、制动时会产生非常可观的再生制动能量，据统计产生的制动能量可达到牵引列车所需能量的20％-40％以上，部分再生制动的能量可以被线路上相邻车辆和本车辅助用电设备吸收，多余再生制动能量则只能被转换为车载电阻发热消耗或空气制动机械消耗。车载制动电阻虽然能起到吸收多余再生制动能量和限制接触网压升高的作用，但是其产生的大量热量散发在地铁隧道内，会使地铁隧道温度升高。其弊端体现在：一方面白白消耗了再生制动能量，造成电能大量浪费；另一方面，隧道温升加剧，增加了通风设备的用电量；还不能稳定因列车起动而掉落的接触网压。

当列车制动距离长时，制动电阻不能完全消耗掉制动能量时，若没有其他吸收装置来吸收这些能量，这些能量会回馈到直流电网，引起电网电压的升高，这会影响直流供电系统的安全性能，进而影响其他列车的正常运行。可见城市轨道车辆产生的再生制动能量非常可观，外加世界能源危机的加剧，因此对再生制动能量吸收装置的研究也极其重要。

目前再生制动能量的吸收主要分为耗散式、能馈式和储能式三种。其中耗散式吸收方式由于其结构简单可靠、经济性好等优点应用最为广泛，而能馈式和储能式应用相对较少。国外轨道交通的再生制动能量吸收利用技术的研究较早，已经形成一些产品，而国内的研究才刚起步，几乎都在使用耗散式吸收方式，没有能够把多余的再生制动能量有效利用起来。

1耗散式再生制动能量吸收方式

耗散式再生制动能量吸收方式是通过电阻消耗多余的再生制动能量，在这种制动方式下车辆的制动模式将从再生制动模式转化为电阻制动方式。车载式的工作原理如图1所示，其不足之处有：(1)每个车辆编组都装有消耗能量的电阻，增加了车辆的重量，不利于车辆的轻量化，并且增加了车辆的维护工作量；(2)多余能量以热量的形式散发掉，造成能量浪费，从而在一定程度上削弱了再生制动的意义。

2、储能式再生制动能量吸收方式

采用储能器吸收多余的再生制动能量，可以抑制直流电网电压的升高；并且储存的能量在车辆加速起动的时刻释放出来，同时可以给电网提供电压支撑，吸收的能量得到了有效利用还可以防止电网电压跌幅过大。可用于吸收再生制动能量的储能技术主要有：电池储能、飞轮储能、超导储能和超级电容储能等，国外内进行了广泛的研究。

(1)电池储能

电池储能再生制动能量吸收装置的地铁供电系统如图2所示，由于电池有限的充放电循环寿命，在轨道交通这样频繁启制动的应用场合，使用寿命不够长，另外大量使用电池对环境造成污染，因此电池储能系统的使用受到很多限制。

(2)飞轮储能