CN105730248B - 一种兼有融冰功能的机车再生电能回馈系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种兼有融冰功能的机车再生电能回馈系统，包括两台再生电能回馈设备，再生电能回馈设备的直流侧正极与地铁牵引网正极母线连接，正极母线通过第一切换开关、第二切换开关分别与上行接触网、下行接触网连接，再生电能回馈设备的直流侧负极通过第三切换开关与下行接触网或上行接触网连接，直流侧负极通过第四切换开关与地铁牵引网负极母线连接。本发明还公开了所述系统对应的控制方法。本发明通过开关切换、调整再生电能回馈设备的控制方法，实现对两个牵引站之间接触网线路的融冰功能，该方案利用原有再生电能回馈设备，无需增加额外设备，可靠性高。

Description

一种兼有融冰功能的机车再生电能回馈系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种兼有融冰功能的机车再生电能回馈系统及控制方法，属于应用于轨道交通的大功率电力电子技术领域。

背景技术

机车再生电能回馈系统用于轨道交通上再生电能的吸收和回馈的场合，将再生电能回馈至电网。

再生电能回馈设备的原理可简述如下：当车辆进入制动工况，机车的动能转换为电能，向直流电网输入电能时，会引起直流电网电压升高。再生电能回馈设备的控制系统实时检测直流电网电压，当直流电网电压上升达到某一预设值时，逆变器开始启动，逆变器开始工作，将多余的电能回馈给交流电网。

冬季由于气温、空气湿度和风速的共同作用，存在着由液态水形成冰的覆冰现象。因此，覆冰是一种特定气象条件下产生的冰冻现象，如果在架空导线上大面积形成覆冰，会导致杆塔倾倒、导线覆冰舞动或断裂，将直接影响架空线路的正常安全运行。对电气化铁路而言，由于接触网覆冰，会导致受电弓无法正常取流，甚至导致受电弓的损害或断裂，严重影响列车的安全准点运行。目前已有融冰方案均需要增加额外的融冰设备，会增加额外的投资，增加设备占地空间，也增加了系统的复杂性。

本发明可利用机车再生电能回馈系统实现融冰功能，不额外增加投资。

发明内容

为了解决电气化铁路接触网融冰的问题，本发明提出了一种采用机车电能回馈系统兼融冰的方案，可以牵引所内装设的机车再生电能回馈系统，而不增加额外的投资。

具体的方案如下：

一种兼有融冰功能的机车再生电能回馈系统，包括两台再生电能回馈设备，再生电能回馈设备的直流侧正极与地铁牵引网正极母线连接，正极母线通过第一切换开关、第二切换开关分别与上行接触网、下行接触网连接，再生电能回馈设备的直流侧负极通过第三切换开关与下行接触网或上行接触网连接，直流侧负极通过第四切换开关与地铁牵引网负极母线连接。

所述再生电能回馈设备包括由功率半导体器件构成的整流器，具备流过双向有功功率的功能，即可控制有功功率从交流电网流向地铁牵引网直流母线，也可控制有功功率从地铁牵引网直流母线流向交流电网。

所述第三切换开关与第四切换开关不允许同时闭合。

本发明还包括一种所述机车再生电能回馈系统的控制方法，当所述再生电能回馈设备运行于能量回馈状态时，所述控制方法如下：

步骤1：分开第三切换开关

步骤2：闭合第四切换开关:

步骤3：当机车刹车时，所述整流器启动，控制有功功率从地铁牵引网直流母线流向交流电网。

当所述再生电能回馈设备运行于融冰状态时，所述控制方法如下：

如果第三切换开关与上行接触网连接，步骤如下：

步骤1：分开第一切换开关、第四切换开关

步骤2：闭合第二切换开关、第三切换开关

步骤3：其中一台再生电能回馈设备的整流器启动，控制直流电压稳定

步骤4：另一台再生电能回馈设备的整流器启动，通过调节直流电压控制流过接触网的电流稳定；

如果第三切换开关与下行接触网连接，步骤如下：

步骤1：分开第二切换开关、第四切换开关

步骤2：闭合第一切换开关、第三切换开关

步骤3：其中一台再生电能回馈设备的整流器启动，控制牵引网直流电压稳定

步骤4：另一台再生电能回馈设备的整流器启动，通过调节直流电压控制流过接触网的电流稳定。

本发明的有益效果：

1、本发明利用牵引所内的机车电能回馈系统通过开关切换以及控制方法的调整可实现融冰功能，无需增加额外的设备，通常机车再生电能回馈系统在白天地铁运行时间段投入运行，夜间在接触网上无车辆运行，可将机车电能回馈系统切换到融冰状态，控制接触网电流，实现融冰功能，设备利用率更高。

2、本发明方案的两台再生电能回馈设备的直流母线电压均可在一定范围内调节，在融冰过程中，电流可控，无需设置短路点，工作过程安全可靠。该方案不需要增加匹配电阻来调节电流，产生的热量完全用于线路融冰，设备工作效率高。

3、本发明方案可实现两站之间接触网线路的全线融冰，与单站融冰方式相比，这种方式融冰覆盖面更大。

附图说明

图1为本发明的整体系统组成原理图，

图中标号名称：1、再生电能回馈设备；2、第三切换开关；3、第四切换开关；4、第一切换开关；5、第二切换开关；

图2 为再生电能回馈设备的拓扑图；

图3 为本发明方案工作在融冰状态下直流侧的电流回路图；

图4 为本发明方案工作在再生电能回馈状态下的电流回路图；

图5 为本发明方案在融冰状态下等效原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例包括两台再生电能回馈设备1，共包括两套再生电能回馈设备以及与设备连接的开关，两套系统配置相同，包含两套再生电能回馈设备的原理图如图1所示。相邻两站之间通过接触网连接。每套再生电能回馈设备的直流侧正极与地铁牵引网正极母线连接，正极母线通过第一切换开关4、第二切换开关5分别与上行接触网、下行接触网连接。

在本实施例中再生电能回馈设备的直流侧负极通过第三切换开关2与下行接触网连接，直流侧负极通过第四切换开关3与地铁牵引网负极母线连接。

其中再生电能回馈设备1包括由功率半导体器件构成的整流器，具备流过双向有功功率的功能，即可控制有功功率从交流电网流向地铁牵引网直流母线，也可控制有功功率从地铁牵引网直流母线流向交流电网。整流器的拓扑结构如图2所示，在本实施例中为由IGBT构成的三相桥式整流电路，可实现功率的双向流动。

其中第三切换开关2与第四切换开关3设置互锁，不允许同时闭合。

本实施例的控制方法如下：

当所述再生电能回馈设备运行于能量回馈状态时，控制方法如下：

步骤1：分开第三切换开关

步骤2：闭合第四切换开关:

步骤3：当机车刹车时，三相桥整流器启动，控制有功功率从地铁牵引网直流母线流向交流电网。电流回路图如图4所示。

当所述再生电能回馈设备运行于融冰状态时，控制方法如下：

本实施例的第三切换开关与下行接触网连接，步骤如下：

步骤1：分开第二切换开关、第四切换开关

步骤2：闭合第一切换开关、第三切换开关

步骤3：其中一台再生电能回馈设备的整流器启动，控制牵引网直流电压稳定

步骤4：另一台再生电能回馈设备的整流器启动，通过调节直流电压控制流过接触网的电流稳定。电流回路图如图3所示。

融冰状态下等效原理图如图5所示：以该图说明控制融冰电流的具体方法，图中再生电能回馈设备1调节直流电压为Udc1=1800V，假设接触网的电阻RL1=RL2=0.2Ω，总的接触网电阻为0.4Ω，如果需要的融冰电流的控制目标为800A，在接触网电阻上的压降为320V，此时只要控制再生电能回馈设备2的直流电压即可实现，Udc2=1800V – 320V =1480V。此时再生电能回馈设备1的电容处于放电状态，电容维持1800V恒定，需要通过再生电能回馈设备1向交流电网获取P1的功率，再生电能回馈设备2的电容处于充电的状态，要维持电容电压稳定，需要将过剩的功率P2送回电网，P1-P2的能量差，即消耗在接触网的电阻上，通过热量的方式实现了融冰。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，参照上述实施例进行的各种形式修改或变更均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种兼有融冰功能的机车再生电能回馈系统，包括两台再生电能回馈设备，再生电能回馈设备的直流侧正极与地铁牵引网正极母线连接，正极母线通过第一切换开关、第二切换开关分别与上行接触网、下行接触网连接，其特征在于：所述再生电能回馈设备的直流侧负极通过第三切换开关与下行接触网或上行接触网连接，直流侧负极还通过第四切换开关与地铁牵引网负极母线连接。

2.如权利要求1所述的一种兼有融冰功能的机车再生电能回馈系统，其特征在于：所述再生电能回馈设备包括由功率半导体器件构成的整流器，具备流过双向有功功率的功能，即可控制有功功率从交流电网流向地铁牵引网直流母线，也可控制有功功率从地铁牵引网直流母线流向交流电网。

3.如权利要求1所述的一种兼有融冰功能的机车再生电能回馈系统，其特征在于：所述第三切换开关与第四切换开关不允许同时闭合。

4.一种基于权利要求1所述兼有融冰功能的机车再生电能回馈系统的控制方法，其特征在于：当再生电能回馈设备运行于能量回馈状态时，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1：分开第三切换开关；

步骤2：闭合第四切换开关；

步骤3：当机车刹车时，所述再生电能回馈设备启动，控制有功功率从地铁牵引网直流母线流向交流电网。

5.如权利要求1所述的一种兼有融冰功能的机车再生电能回馈系统的控制方法，其特征在于：当再生电能回馈设备运行于融冰状态时，所述控制方法具体如下：

一、当第三切换开关与上行接触网连接时：

步骤101：分开第一切换开关、第四切换开关；

步骤102：闭合第二切换开关、第三切换开关；

步骤103：其中一台再生电能回馈设备的整流器启动，控制直流电压稳定；

步骤104：另一台再生电能回馈设备的整流器启动，控制流过接触网的电流稳定；

二、当第三切换开关与下行接触网连接时：

步骤201：分开第二切换开关、第四切换开关；

步骤202：闭合第一切换开关、第三切换开关；

步骤203：其中一台再生电能回馈设备的整流器启动，控制牵引网直流电压稳定；

步骤204：另一台再生电能回馈设备的整流器启动，控制流过接触网的电流稳定。