城市轨道交通晶闸管型牵引整流及回馈变流系统技术方案

本发明专利技术公开了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、12脉波晶闸管逆变器、移相变压器、自耦变压器，所述移相变压器的一次侧与中压环网连接，所述移相变压器的二次侧与12脉波晶闸管逆变器的交流侧相连，所述12脉波晶闸管逆变器的直流侧与直流母线相连，所述自耦变压器的一次侧与移相变压器的二次侧相连，所述自耦变压器的二次侧与12脉波晶闸管整流器的交流侧相连，所述12脉波晶闸管整流器的直流侧与直流母线相连。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
城市轨道交通晶闸管型牵引整流及回馈变流系统
本专利技术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

技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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，本专利技术的有益效果是：在本专利技术中，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。在本专利技术中，基于大功率晶闸管相控整流技术和有源逆变技术，具有列车再生制动能量回馈和牵引供电功能，能量能够任意双向流动。在本专利技术中，变流器模块化设计，通过变流器的多重化串并联技术，可以满足1500V及以上电压等级供电制式的需要；系统容量大、扩容方便；可以借助谐波抵消技术大大减小交流谐波含量；系统冗余性好，各变流器能够独立工作；便于生产和维护。在本专利技术中，晶闸管型牵引整流及回馈变流系统的监控系统采用分层分布式的结构进行组织，分为站级管理层、网络通信层和间隔设备层三个层次。分层分布式结构基于“设备间隔”的设计思想、按系统内元件和开关等间隔层设备来组织系统。各设备内根据具体需要配置有独立的数据采样、数据输入输出、监控和保护功能。采用分层分布的结构便于对各设备分别进行故障诊断和保护，缩小故障诊断过程处理的故障域，同时也有利于对故障元件实现“定点切除”从而在最大程度上减小故障的影响范围。在本专利技术中，基于以太网的实时通信系统。在每个变流器控制箱中设置一个以太网数据采集单元，将变流器所有关键点的电压、电流信号都高速采集后上传到监控器，作为设备状态监视、以及故障诊断的依据。具有丰富的网络接口和软硬件资源，便于模块多重化组网，以及与变电站综合自动化系统进行对接。附图说明图1是本专利技术的工作原理图；图2是本专利技术的电路结构图；图3是本专利技术的模块化变流器图；图4是本专利技术的监控及通信技术方案图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。晶闸管型牵引整流及回馈变流系统基于相控整流和有源逆变技术实现城市轨道交通牵引供电和再生制动能量回收利用，如图1A、B所示，其基本原理为：在原来地铁供电系统中的24脉波整流机组旁并联一组由晶闸管整流器、晶闸管逆变器和变压器组成的晶闸管型牵引整流及回馈变流系统，该系统同时具有逆变回馈、牵引供电两种功能。当地铁列车进站制动时，由于列车采用再生制动，列车的动能将转换为电能回馈至直流接触网，此时晶闸管型牵引整流及回馈变流系统将工作在逆变回馈模式，将再生制动能量回馈至交流电网，这样就大大减少了列车的制动电阻和机械制动的使用，实现了列车再生制动能量的有效回收和再利用。同时，由于晶闸管型牵引整流及回馈变流系统具有能量双向流动性，可工作在牵引供电模式，在列车出站牵引时，通过晶闸管整流机组将电能由交流电网输送到直流母线，为列车牵引提供电能并稳定直流母线电压，同时由于整流机组具有一定过载能力，可以在临近变电站发生故障无法运行时，依靠相邻两组双向牵引变电站的过载能力，保证整条线路正常运行。相对于现有的再生制动能量吸收系统，晶闸管型牵引整流及回馈变流系统具有如下特点：1.能量双向流动；2.直流母线电压可控；3.制动能量回收，节能效果好；4.成本低，相对于IGBT装置优势明显；5.过载能力强，整流机组满足3倍过载1分钟要求；6.使用寿命本文档来自技高网...

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

【技术特征摘要】
1.一种城市轨道交通晶闸管型牵引整流及回馈变流系统，其特征在于，包括12脉波晶闸管整流器、12脉波晶闸管逆变器、移相变压器、自耦变压器，所述移相变压器的一次侧与中压环网连接，所述移相变压器的二次侧与12脉波晶闸管逆变器的交流侧相连，所述12脉波晶闸管逆变器的直流侧与直流母线相连，所述自耦变压器的一次侧与移相变压器的二次侧相连，所述自耦变压器的二次侧与12脉波晶闸管整流器的交流侧相连，所述12脉波晶闸管整流器的直流侧与直流母线相连。2.如权利要求1所述的城市轨道交通晶闸管型牵引整流及回馈变流系统，其特征在于，还包括电感滤波电路，所述电感滤波电路串联在移相变压器的二次侧回路。3.如权利要求1所述的城市轨道交通晶闸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学安，钱小森，吴杰，金成龙，朱晓勇，
申请(专利权)人：镇江大全赛雪龙牵引电气有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32