地鐵再生制動能量回饋變流器研制.pdf

1、地鐵站間距較短，導致列車頻繁啟停，地鐵列車再生制動過程中會產(chǎn)生大量的能量。隨著國內(nèi)地鐵的運營線路的增多，如何利用再生制動能量，實現(xiàn)節(jié)能減排、改善環(huán)境已經(jīng)成為軌道交通普遍關注的問題。目前，較為普遍的做法是配備車載電阻或者地面電阻將電能轉化為熱能消耗掉，造成了能源浪費，同時增加了隧道的溫度，需要增加通風量來降低溫度，從而增加了附加損耗。再生能量回饋變流器能夠將再生制動能量返送到牽引交流電網(wǎng)，供其他設備利用，是再生能量利用的一種主要方式。本文

2、結合科研項目，研制用于地鐵的大功率能饋變流器。
　　數(shù)學模型分析及主電路設計。首先建立了兩電平能饋變流器的在三相靜止及同步旋轉坐標系下的數(shù)學模型，在同步旋轉坐標系下對PWM變流器進行了穩(wěn)態(tài)分析。在此基礎上，根據(jù)地鐵現(xiàn)場應用要求，針對由兩臺容量為1MW的PWM變流器及一臺次邊雙繞組變壓器構成的大功率再生制動能量逆變回饋裝置，完成了主電路中功率組件、交流電感和直流支撐電容的設計與選型，并對三相電壓型PWM變流器的濾波器的進行了詳細的設

3、計。
　　控制系統(tǒng)設計及仿真。采用基于同步旋轉坐標系下的電壓電流雙閉環(huán)控制和空間矢量調(diào)制方案，設計了電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的控制參數(shù)，并利用MATLAB對主電路參數(shù)及控制方法進行了靜態(tài)和動態(tài)仿真分析。靜態(tài)仿真時，分別針對單位功率因數(shù)、感性無功和容性無功不同工況下的輸入、輸出電流及電壓特征進行分析;動態(tài)仿真時，用可控電壓源模擬列車牽引和制動時引起的接觸網(wǎng)電壓變化，模擬再生能饋變流器的真實工作狀態(tài)。最后，基于FPGA+ARM雙控制芯片的主

4、控板，在FPGA中完成所有的核心控制算法、ARM中實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊和管理功能。
　　試驗驗證和現(xiàn)場應用。先基于整套再生制動能量回饋系統(tǒng)搭建了一個1MW的再生制動能量逆變裝置的互饋試驗平臺。在互饋試驗中，其中一臺陪測變流器工作在整流工況，另一臺被測變流器工作在逆變工況，讓電能在兩臺變流器中環(huán)流，進而驗證主電路參數(shù)和控制策略。試驗結果表明，變流器的工作效率、輸出電流諧波、溫升等性能指標滿足設計要求。最后，針對能饋裝置現(xiàn)場應用環(huán)境，通過站內(nèi)