[发明专利]城市轨道交通晶闸管型牵引整流及回馈变流系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种城市轨道交通牵引系统，尤其涉及一种城市轨道交通晶闸管型牵引整流及回馈变流系统，属于电力电子技术领域。

背景技术

城轨交通晶闸管型牵引整流及回馈变流系统主要应用于地铁或轻轨的直流牵引供电系统中，该系统可实现在列车制动时，将再生制动能量吸收利用，在列车处于牵引工况时，为列车牵引提供电能并稳定直流母线电压。据统计，城市轨道交通制动能量可达到牵引能量的20％-40％以上，面对如此巨大的耗电量，加上节能降耗的政策及技术升级的要求使地铁牵引供电公司对于将车辆制动能量反馈利用的需求更加迫切。因此，研究合适的再生制动能量回收利用系统，对实现能源高效利用意义重大。

目前国内制动能量回收装置多采用基于IGBT的逆变回馈方案，少数几家国外公司采用了基于晶闸管的逆变回馈方案，且都只是单向能馈，没有考虑能量的双向流动。目前，在国内还没有厂家生产采用晶闸管技术的中压能馈装置，也没有厂家提出晶闸管型牵引整流及回馈变流系统的技术方案并投入生产。对比两种方案，IGBT能馈方案最突出的优点是谐波含量较低，但是晶闸管能馈方案的成本低，短路能力强，适用于更高的功率配置方案，控制方案相对简单，自然冷却，维护工作量小，而谐波含量高的问题可以通过增加移相变压器进行滤波处理来解决，所以综合对比来看，采用晶闸管能馈方案更加合适。

目前，普遍采用二极管不控整流方式，直流母线电压不可控，在负载变化较大的情况下容易引起直流网压的波动，影响列车控制性能，而基于IGBT的能馈装置本身带有整流功能，因此有相关研究者和业内专家提出打开IGBT能馈装置的整流功能，实现能量的双向流动。在列车牵引时通过IGBT整流功能提供一定牵引能量，稳定直流网压。但是，由于地铁供电标准要求整流装置有一定的过载能力(过载倍数和过载时间要求为：1.5倍过载时间2小时，3倍过载时间1分钟)，因为IGBT器件的过载能力很低，发生过载时IGBT能馈装置很难实现稳定直流母线的目标，这就需要大幅增加IGBT整流装置的额定容量，导致装置的额定容量远远大于实际使用时的容量，造成装置成本的急剧增加。而晶闸管器件的单管额定电流与大功率二级管相当，且过载能力较强，所以采用晶闸管整流装置可以很好地解决过载问题，同时实现母线电压可控的目标。

随着地铁系统的运营里程的逐渐增加，其电能消耗总量也大幅增长，需要一种更为先进的列车制动再生能量回收系统来满足城市轨道交通发展的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种城市轨道交通晶闸管型牵引整流及回馈变流系统，解决列车制动能量巨大消耗的问题，推动城轨列车制动能量的回收应用。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种城市轨道交通晶闸管型牵引整流及回馈变流系统，包括12脉波晶闸管整流器1、12脉波晶闸管逆变器2、移相变压器3、自耦变压器4，所述移相变压器3的一次侧与中压环网连接，所述移相变压器3的二次侧与12脉波晶闸管逆变器2的交流侧相连，所述12脉波晶闸管逆变器2的直流侧与直流母线相连，所述自耦变压器4的一次侧与移相变压器3的二次侧相连，所述自耦变压器4的二次侧与12脉波晶闸管整流器1的交流侧相连，所述12脉波晶闸管整流器1的直流侧与直流母线相连。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

进一步地，所述城市轨道交通晶闸管型牵引整流及回馈变流系统，还包括电感滤波电路5，所述电感滤波电路5串联在移相变压器3的二次侧回路。

进一步地，所述城市轨道交通晶闸管型牵引整流及回馈变流系统，还包括电容无功补偿装置6，所述电容无功补偿装置6并联在移相变压器3的二次侧。

进一步地，所述城市轨道交通晶闸管型牵引整流及回馈变流系统，还包括监控系统，所述监控系统分为站级管理层、网络通信层和间隔设备层三个层次。

进一步地，所述城市轨道交通晶闸管型牵引整流及回馈变流系统，其中监控系统的站级管理层由安装在站内综合自动化终端柜中的主监控单元和显示、打印装置组成，其中网络通信层为工业以太网，其中间隔设备层由晶闸管型牵引整流及回馈变流系统内各开关设备的保护单元及监控单元组成，通过网络通信层相连实现数据通信，并对系统内各开关设备控制、监视和数据采集。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在本发明中，采用大功率晶闸管模块，通过串并联，实现大功率变流器的容量提升。单个变流器容量可达到MW等级，系统可靠性高、功率密度大、保护功能完善。