[发明专利]一种应用于地铁高海拔环境的双向变流器装置及控制方法

说明书

本发明的应用于地铁高海拔环境的双向变流器装置，包括设置于直流牵引网与交流电网之间的双向变流器和变压器，双向变流器由三级串联五组并联的功率单元组成，双向变流器以三级中功率单元串联的方式与直流牵引网相连接，每级中五个功率单元的直流输入端相并联、交流输出端相并联。本发明的双向变流器装置的控制方法，将直流电压分为9个工作区间，来对列车的运行进行控制，该装置及控制方法既能够为地铁牵引网提供电能，也能够将列车再生制动产生的电能回馈到电网中去，有效地抑制了装置之间的环流，实现了电能在交流电网和牵引网之间的双向传递。

技术领域

本发明涉及一种双向变流器装置及控制方法，更具体的说，尤其涉及一种应用于地铁高海拔环境的双向变流器装置及控制方法。

背景技术

近几年我国城市轨道交通快速发展，由于城市交通站间距离较短，其运行特点的特殊性就是列车启动、制动频繁，且制动时会产生大量的能量，国内地铁牵引供电系统一般采用电阻消耗方式消耗此能量或加入再生制动能量回馈装置回馈能量。

地铁牵引网制动能量不能被重复利用的根本原因在于现有的直流牵引供电系统采用不控整流机组供电，其只能实现能量的单向流动，不能将列车的制动能量反馈到交流电网中去。

本发明针对地铁高海拔应用场合，充分考虑高海拔环境下设备的绝缘耐压问题，提出了一种新型的双向变流器装置。此装置采用三级串联五组并联的拓扑结构，能过满足地铁高海拔应用场合。通过双向变流控制策略，该装置既能够为地铁牵引网提供电能，也能够将列车再生制动产生的电能回馈到电网中去，有效地抑制了装置之间的环流，实现了电能在交流电网和牵引网之间的双向传递。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种应用于地铁高海拔环境的双向变流器装置及控制方法。

本发明的应用于地铁高海拔环境的双向变流器装置，包括设置于直流牵引网与交流电网之间的双向变流器和变压器，双向变流器的一端接于直流牵引网上，另一端经变压器接于交流电网上；地铁在启动或加速运行时，双向变流器将交流电网上的电能整流后输入至直流牵引网上；上地铁减速或制动时，双向变流器将直流牵引网上的电能逆变后输入至交流电网上；其特征在于：所述双向变流器由三级串联五组并联的功率单元组成，每级中由五个功率单元并联组成；双向变流器以三级中功率单元串联的方式与直流牵引网相连接，以满足耐压要求；每级中五个功率单元的直流输入端相并联、交流输出端相并联，以满足功率要求，每级五个功率单元的输出端并联后接于变压器的一个副边绕组上，变压器的原边绕组接于交流电网上。

本发明的应用于地铁高海拔环境的双向变流器装置的控制方法，将直流牵引网上的直流电压分为9个工作区间，分别是0~V1、V1~V2、V2~V3、V3~V4、V4~ V5、V5~ V6、V6~ V7、V7~ V8、V8~∞，其分别对应第一区间~第九区间，V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8依次增大；双向变流器装置的控制方法通过以下步骤来实现：

a).第一区间：直流电压V1是定义的直流牵引网正常工作的最低电压，当直流牵引网电压低于V1时，则认为直流牵引网存在故障，因此双向变流器在第一区间0~V1内处于截止状态；

b).第二区间：直流电压处于V1和V2之间时，直流电压相对比较低，说明此时直流牵引网上有较大的负载，双向变流器工作于可控整流模式，并以其最大功率恒功率运行；

c).第三区间：直流电压处于V2和V3之间时，此时直流牵引网上的负载相对较小，双向变流器工作于稳压模式，以稳定直流电压为目标；但是为了防止各个站之间的双向变流器由于直流电压检测误差造成功率分配不均问题，采用下垂控制模式，即随着输出电流的增加自动降低直流稳压的目标值，防止各个双向变流器的输出功率差异过大；

d).第四区间：直流电压处于V3和V4之间时，当牵引网直流电压由电压V3逐渐上升至此电压区段时，此时双向变流器工作于整流模式滞环工作区，以最小电流工作；当牵引网直流电压由电压V6逐渐降低至此电压区段时，此时双向变流器工作于间歇停机模式；