一種變流器裝置及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電氣設(shè)備領(lǐng)域，尤其是涉及一種應(yīng)用于軌道交通領(lǐng)域的多功能變流器裝置及系統(tǒng)，既可實(shí)現(xiàn)逆變回饋和超級(jí)電容儲(chǔ)能的功能，又可實(shí)現(xiàn)逆變回饋和電阻消耗的功能。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)的城市軌道交通將是追求節(jié)能環(huán)保的綠色交通系統(tǒng)。在整個(gè)城市軌道交通系統(tǒng)中，車(chē)輛能耗的占比一般都超過(guò)整個(gè)系統(tǒng)能耗的50%。因此，降低車(chē)輛能耗將會(huì)對(duì)城市軌道交通行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重要影響。城市軌道交通一般采用直流牽引供電方式，直流電源在牽引變電站中通過(guò)不可控整流器獲得，電壓等級(jí)有DC750V和DC1500V兩種。目前城市軌道列車(chē)的牽引電機(jī)多采用交流感應(yīng)電機(jī)，通過(guò)變壓變頻調(diào)速單元從直流接觸網(wǎng)獲取電能。目前列車(chē)大多采用再生制動(dòng)方式:當(dāng)列車(chē)開(kāi)始制動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電機(jī)工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，將列車(chē)運(yùn)行的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能回饋到直流母線。當(dāng)列車(chē)向直流母線回饋的電能不能被其他列車(chē)吸收時(shí)，會(huì)造成直流母線電壓升高，進(jìn)而威脅系統(tǒng)安全。在斬波器和逆變器兩種變流器設(shè)計(jì)方面，國(guó)內(nèi)外普遍使用的情形是模塊化、通用化程度不高，沒(méi)有進(jìn)行模塊化、通用化的考慮，產(chǎn)品是按照客戶提供的尺寸而單獨(dú)設(shè)計(jì)的。用于再生制動(dòng)能量處理的變流器主要是DC/AC變流器、DC/DC雙向斬波變流器。由于兩者電路結(jié)構(gòu)和控制方式不同，因而一般兩者不能互換或互換性較差。有的產(chǎn)品雖有此種意識(shí)，但一般都只是將其中幾個(gè)部件進(jìn)行了模塊化或通用化的設(shè)計(jì)。
[0003]目前，城市軌道交通車(chē)輛再生制動(dòng)能量吸收利用的方式主要分為消耗型、儲(chǔ)能型和逆變回饋型三種基本模式。電阻消耗型采用多相IGBT斬波器和吸收電阻配合的恒壓吸收方式，存儲(chǔ)型則是采用多相IGBT斬波器和超級(jí)電容組配合吸收方式，能饋型采用IGBT構(gòu)成大功率三相逆變器，將再生制動(dòng)能量通過(guò)逆變裝置逆變?yōu)槿嘟涣麟娔芑仞伣o電網(wǎng)其他負(fù)載使用。三種模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，消耗型技術(shù)成熟，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)豐富，一次投資小，缺點(diǎn)是能量通過(guò)電阻消耗，會(huì)導(dǎo)致環(huán)境溫度升高。逆變?cè)偕褪菍⒛芰炕仞伒诫娋W(wǎng)，目前技術(shù)較成熟，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較豐富，一次投資較小，缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，對(duì)電網(wǎng)有干擾，并且無(wú)法調(diào)節(jié)車(chē)輛啟動(dòng)加速時(shí)的供電電壓。儲(chǔ)能型是將車(chē)輛剎車(chē)時(shí)的能量?jī)?chǔ)存在電容中，車(chē)輛啟動(dòng)時(shí)從電容放電，對(duì)電網(wǎng)無(wú)影響，缺點(diǎn)是一次投資大，并且現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較少。由于列車(chē)啟動(dòng)制動(dòng)頻繁，再生制動(dòng)能量功率幅值大，若單獨(dú)采用儲(chǔ)能方式，要求儲(chǔ)能單元具有很大的功率和容量，導(dǎo)致體積和造價(jià)增大，同時(shí)過(guò)于頻繁地充放電會(huì)影響單元的壽命。若單獨(dú)采用能量回饋方式，容量不夠，不足以全部吸收再生制動(dòng)能量。若全部采用消耗的方式，不利于資源節(jié)約，也不利于環(huán)境保護(hù)。目前，有些設(shè)計(jì)者也考慮用能饋方式和儲(chǔ)能方式配合吸收的方式，但沒(méi)有對(duì)整個(gè)再生能量回收變流器進(jìn)行簡(jiǎn)統(tǒng)化設(shè)計(jì)，兩種方式的簡(jiǎn)單拼湊，會(huì)大大增加整個(gè)能量回收系統(tǒng)的體積，而城軌站中留給設(shè)備安裝的空間十分有限，不利于安裝，并且由于采用了兩套回收系統(tǒng)，成本會(huì)大大增加。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，與本實(shí)用新型最為相關(guān)的技術(shù)方案為，由華中科技大學(xué)于2013年05月15日申請(qǐng)，并于2013年09月18日公開(kāi)，公開(kāi)號(hào)為CN103311950A的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)《城市軌道列車(chē)再生制動(dòng)能量吸收利用系統(tǒng)及方法》。該發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種城市軌道列車(chē)再生制動(dòng)能量吸收利用系統(tǒng)及方法，該吸收利用系統(tǒng)包括能量回饋逆變器、儲(chǔ)能單元、DC/DC雙向變換器及直流平波電容。能量回饋逆變器的直流側(cè)、DC/DC雙向變換器的高壓側(cè)均與直流平波電容相并聯(lián)，同時(shí)與直流母線的正負(fù)極相并聯(lián)。DC/DC雙向變換器的低壓側(cè)與儲(chǔ)能單元相連。能量回饋逆變器的交流側(cè)與牽引變電站內(nèi)配電變壓器低壓側(cè)相連，用于將直流母線上的再生制動(dòng)能量進(jìn)行逆變，供牽引變電站內(nèi)用電設(shè)備使用。該系統(tǒng)通過(guò)兩臺(tái)變流器:一臺(tái)DC/AC變流器和一臺(tái)DC/DC雙向變換器，互相配合實(shí)現(xiàn)對(duì)再生制動(dòng)能量的吸收。但是這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)集成度低，且功能單一。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種變流器裝置及系統(tǒng)，既可以實(shí)現(xiàn)能饋方式和儲(chǔ)能方式協(xié)調(diào)工作的功能，也可以實(shí)現(xiàn)能饋方式和能吸方式協(xié)調(diào)工作的功能，不僅節(jié)約了設(shè)計(jì)成本，也減小了設(shè)備的體積。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型具體提供了一種變流器裝置的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，變流器裝置，包括:變流器模塊，所述變流器模塊包括三個(gè)相互并聯(lián)用于對(duì)輸入電能進(jìn)行DC/AC變換的第一橋臂，以及與所述第一橋臂并聯(lián)用于對(duì)輸入電能進(jìn)行DC/DC變換的至少一個(gè)第二橋臂。所述第一橋臂的輸出端連接至交流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)能量的逆變回饋。所述第二橋臂的輸出端通過(guò)連接吸能負(fù)載實(shí)現(xiàn)能量吸收，或所述第二橋臂的輸出端通過(guò)連接儲(chǔ)能負(fù)載實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)。
[0007]優(yōu)選的，所述變流器模塊還包括與所述第一橋臂、第二橋臂相互并聯(lián)的支撐電容器。
[0008]優(yōu)選的，所述變流器裝置還包括輸出電抗器，所述第二橋臂的輸出端通過(guò)所述輸出電抗器連接儲(chǔ)能負(fù)載實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)。
[0009]優(yōu)選的，所述第一橋臂和第二橋臂均采用IGBT橋臂。
[0010]優(yōu)選的，所述變流器裝置還包括:
[0011]連接在所述第一橋臂的輸入端，用于檢測(cè)所述變流器模塊的輸入電流的輸入電流傳感器；
[0012]并聯(lián)在所述第一橋臂的輸入端，用于檢測(cè)所述變流器模塊的輸入電壓的輸入電壓傳感器；
[0013]一端與所述輸入電流傳感器相連，另一端連接至直流供電網(wǎng)的平波電抗器；
[0014]連接在所述第二橋臂的輸出端，用于檢測(cè)所述變流器模塊的輸出電流的輸出電流傳感器。
[0015]本實(shí)用新型還另外具體提供了一種變流器系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，變流器系統(tǒng)，包括:濾波電路、吸能負(fù)載，如上所述的變流器裝置。所述第一橋臂的輸出端通過(guò)所述濾波電路連接至交流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)能量的逆變回饋。所述第二橋臂的輸出端通過(guò)連接吸能負(fù)載實(shí)現(xiàn)能量吸收，所述第二橋臂工作在斬波狀態(tài)。
[0016]優(yōu)選的，所述吸能負(fù)載采用電阻。
[0017]本實(shí)用新型還具體提供了另一種變流器系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，變流器系統(tǒng)，包括:濾波電路、儲(chǔ)能負(fù)載，以及如上所述的變流器裝置。所述第一橋臂的輸出端通過(guò)所述濾波電路連接至交流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)能量的逆變回饋。所述第二橋臂的輸出端通過(guò)連接儲(chǔ)能負(fù)載實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)，所述第二橋臂工作在升壓降壓狀態(tài)。
[0018]優(yōu)選的，所述儲(chǔ)能負(fù)載采用超級(jí)電容。
[0019]優(yōu)選的，所述濾波電路采用包括L型濾波電路、LC型濾波電路、LCL型濾波電路在內(nèi)的任一種濾波電路結(jié)構(gòu)。
[0020]通過(guò)實(shí)施上述本實(shí)用新型提供的變流器裝置及系統(tǒng)，具有如下有益效果:
[0021]本實(shí)用新型變流器裝置及系統(tǒng)具有通用化、多功能、成本可控等諸多優(yōu)點(diǎn)，既能夠?qū)崿F(xiàn)逆變回饋和超級(jí)電容儲(chǔ)能功能，又能夠?qū)崿F(xiàn)逆變回饋和電阻消耗功能，可滿足吸收大功率再生制動(dòng)能量的要求，從而靈活地滿足不同客戶的需求。
【附圖說(shuō)明】
[0022]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹。顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的實(shí)施例。
[0023]圖1是本實(shí)用新型變流器系統(tǒng)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖中:1_變流器裝置，2-變流器模塊，3-濾波電路，4-交流電網(wǎng)，5-吸能負(fù)載，6-儲(chǔ)能負(fù)載。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了引用和清楚起見(jiàn)，將下文中使用的技術(shù)名詞、簡(jiǎn)寫(xiě)或縮寫(xiě)記載如下:
[0026]DC:Direct Current，直流的簡(jiǎn)稱(chēng)；
[0027]AC Alternating Current，交流的簡(jiǎn)稱(chēng)；
[0028]DC/DC:直流/直流變換的簡(jiǎn)稱(chēng)；
[0029]DC/AC:直流/交流變換的簡(jiǎn)稱(chēng)；
[0030]L:電感的簡(jiǎn)寫(xiě)；
[0031]C:電容的簡(jiǎn)寫(xiě)；
[0032]IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管的簡(jiǎn)稱(chēng)。
[0033]為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0034]如附圖1所示，給出了本實(shí)用新型變流器裝置及系統(tǒng)的具體實(shí)施例，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0035]如附圖1所示，一種變流器裝置的具體實(shí)施例，包括:變流器模塊2，變流器模塊2包括三個(gè)相互并聯(lián)用于對(duì)輸入電能進(jìn)行DC/AC變換的第一橋臂，以及與第一橋臂并聯(lián)用于對(duì)輸入電能進(jìn)行DC/DC變換的至少一個(gè)第二橋臂。第一橋臂的輸出端連接至交流電網(wǎng)4，實(shí)現(xiàn)能量的逆變回饋。第二橋臂的輸出端通過(guò)連接吸能負(fù)載5實(shí)現(xiàn)能量吸收，或第二橋臂