軌道交通能量回饋裝置的設計與實現(xiàn)

孫久軍、曹廣芹、徐春紅

（山東新風光電子科技發(fā)展有限公司）

摘要：在簡要介紹軌道交通運行環(huán)境的基礎上，本文在硬件電路、性能及特點、運行效果等幾個方面介紹了軌道交通回饋裝置。此設備可以將有功功率、無功功率回饋電網，具有運行靈活、相應快、THD小等特點。

關鍵詞：能量回饋、電流控制、逆變

Abstract: In the front of this article, the running environment is introduced. The power feedback equipment is introduced in these fields such as hardware circuit, capability, performance, running effect and so on. This equipment can feedback power, reactive power. It runs fast with little THD.

Keywords: Power feedback, Current control, Invert

　　地鐵、城鐵等多數(shù)有軌車輛所需電源為直流電源。在車輛剎車、制動時產生的能量向直流母線回饋。此時，將抬高直流母線的電壓。如果直流電壓超過限制值，用以引起與直流母線相連接的設備損壞，甚至是產生嚴重的安全事故。傳統(tǒng)上，當電壓超過安全范圍時，采用電阻絲將其能量以熱量的形式消耗掉。這就造成了能源浪費和環(huán)境污染兩個問題。

　　隨著電力電子技術的發(fā)展，這個問題已經有了現(xiàn)實的解決方法。我公司研制了軌道交通能量回饋裝置，將車輛剎車流到直流母線的電能逆變位與電網同步的電能，并回饋至交流電網。單機功率達到1.5MW，填補了國內技術空白。

　　此種類型的設備功率達到1.5MVA，采用單元級聯(lián)結構。系統(tǒng)機構如圖1 所示。系統(tǒng)包括主電路、檢測部分、控制部分。主電路的關鍵是開關元件IGBT，本部分的作用為完成電力的轉換，將直流電網富余的電能轉換為交流電并網。檢測部分主要由傳感器組成，其主要作用為檢測交流電網的電壓、電流、相位，檢測直流側的電壓、電流，并將檢測到的物理信號轉換為弱電信號，將其送入控制單元。控制單元的作用為根據(jù)傳感器輸入的信號和外部輸入的信號做出判斷，輸出PWM信號控制IGBT動作，使其完成電能的轉換；控制單元還具有輸入輸出的接口，接受外部指令信號，并將本系統(tǒng)的狀態(tài)傳給相關的系統(tǒng)。元件每個單元內部采用三點平逆變結構。圖紙幅度所限，在此只給出每個單元的主電路拓撲如圖2所示。采用電解電容作為逆變前的儲能元件，降低直流母線的電壓波動。主開關器件選用IGBT，輸出側使用電抗器濾波。核心控制芯片采用TI公司的TMS320LF2000系列的芯片，此系列的芯片是專門為電力電子轉換而設計的芯片，有豐富的片內外設功能。包含有如下外設：事件管理器：定時器和用于數(shù)字電機控制的PWM發(fā)生器；CAN接口 ；具有16通道10位A/D；SPI串行外設接口；SCI串行通信接口。

　　在做試驗時發(fā)現(xiàn)隨著整機電流的增加，整機效率成增加之勢，整機諧波電流成減小之勢。圖3 為整機回饋電網電流2000A時的三相電流波形圖。通過檢測設備得知饋網電流完全滿足國家標準。

正是由于此類設備采取了本文所述的措施，具有本文所述的特點。此類設備自投入運行以來運行良好，為用戶節(jié)約了能源，減少了用戶對環(huán)境的污染，并且給用戶帶來了可觀的經濟效益。

[1] 王兆安、黃俊. 電力電子技術. 機械工業(yè)出版社 2001年第四版

[2] 張燕賓. SPM變頻調速應用技術. 機械工業(yè)出版社 2001年第二版