国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

地鐵列車再生制動對牽引網(wǎng)電壓影響的研究

2018-09-26 10:43王志偉尹艷松周立成胥如迅
現(xiàn)代城市軌道交通 2018年9期
關鍵詞:線電壓直流列車

王志偉,尹艷松,周立成,胥如迅,王 花

(1. 蘭州市軌道交通有限公司,甘肅蘭州 731100;2. 蘭州交通大學機電技術研究所,甘肅蘭州 730070;3. 甘肅省物流及運輸裝備信息化工程技術研究中心,甘肅蘭州 730070)

0 引言

隨著城市人口密度越來越大,城市交通擁堵問題越來越嚴重,為了緩解交通擁堵,城市軌道交通建設迅猛發(fā)展。目前城市軌道交通的主要模式是地鐵,地鐵運輸在緩解交通擁堵的同時也存在一些問題。由于站間距較短,地鐵列車啟動和制動比較頻繁,在采用再生制動時,產(chǎn)生大量的能量并向電網(wǎng)回饋,當這部分能量不能完全被其他車輛或用電設備吸收時,會造成電網(wǎng)電壓升高,從而影響電站用電設備和列車的安全運行。因此,需要設置一種裝置,將多余能量消耗掉,以維持牽引網(wǎng)電壓穩(wěn)定[1-2]。

目前國內外地鐵列車采用的再生制動能量處理方案主要有電阻耗能型、逆變回饋型、電容儲能型和飛輪儲能型 4 種[3]。電阻耗能裝置的結構簡單、可靠性高,在車輛和地面上均已經(jīng)有大量的成熟運用經(jīng)驗,但電阻消耗裝置將制動電能轉化為熱能傳導至空氣中,這部分電能未能充分利用,造成浪費。逆變回饋型、電容儲能型和飛輪儲能型這 3 種儲能方法目前在國內外地鐵列車上已經(jīng)開始應用,并且也取得了較好的發(fā)展。引入逆變回饋裝置,來吸收列車再生制動產(chǎn)生的不能被其他列車所利用的能量,可以起到一定的節(jié)能效果,且代替了車載制動電阻,使列車輕量化,對環(huán)境無污染,并且不需要額外的儲能器件,可以將能量直接回饋至電網(wǎng),供其他設備使用。

1 牽引供電系統(tǒng)

地鐵直流牽引變電所的主要作用是把電能通過整流裝置整流和降壓器變壓之后,送入大功率整流器(或者可控整流器)整流為直流電向地鐵供電[3]。隨著整流裝置功率的進一步增大,電網(wǎng)受到的干擾日益嚴重,24 脈波整流器能夠減少供電系統(tǒng)牽引負荷產(chǎn)生的諧波,從而減少對電力系統(tǒng)的諧波污染,使得供電質量得到提高、設備投資降低、效率提高、運營成本降低。目前城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)中的整流機組普遍采用 24 脈波整流電路給列車供電(圖1)。24 脈波整流機組的構成:設置 1 條母線,將 2 組相同的 12 脈波整流機組并聯(lián)于同一母線,構成等效的 24 脈波整流機組,并且 2 路電源同時供電。直流牽引變電所交流側的電壓為 35 kV,最終通過 24 脈波整流機組將 35 kV 的交流電整流成 1 500 V 的直流電,使得變電所直流側的標稱電壓為 1 500 V(表1)。

表1 24 脈波整流機組基本參數(shù)

圖1 24 脈波整流器原理圖

列車制動時,逆變器輸出電壓會降低,牽引電機處于發(fā)電的工作狀態(tài),把列車制動產(chǎn)生的動能轉化為電能回饋給牽引網(wǎng)。這樣會引起直流母線電壓的迅速升高,直流母線需要吸收列車制動時產(chǎn)生的電能。因此,不能被吸收的再生制動產(chǎn)生的能量需要一個吸收裝置來抑制直流母線電壓升高。當制動的列車處于再生制動狀態(tài)時,同一區(qū)間恰好有其他正在運行的列車,產(chǎn)生的能量可以供同一區(qū)段正在運行的其他列車使用,從而使得母線電壓趨于穩(wěn)定,減弱電網(wǎng)的峰值負荷。但這種情況要求同一區(qū)段必須要有其他正在啟動或加速的列車。當 1 列列車制動時,同一區(qū)段內沒有其他列車正處于啟動或加速的狀態(tài),需要有一個吸收裝置能夠吸收這部分能量。如圖2所示,牽引供電系統(tǒng)中引入再生制動能量逆變回饋裝置。逆變回饋裝置將列車再生制動能量回饋到交流電網(wǎng),供車站內輔助用電設備使用,抑制了直流母線電壓的升高,使能量得到充分利用,并且穩(wěn)定了網(wǎng)壓。再生制動產(chǎn)生的能量流向簡單,供車站內輔助用電設備使用,不會向電網(wǎng)倒送電能;結合控制理論,不僅可以回饋再生制動能量,而且可對車站內輔助用電設備起到一定的無功和諧波的補償作用。

2 再生制動能量逆變回饋裝置元器件的選擇及控制方法

逆變器是再生制動能量逆變回饋裝置的主要模塊,可以選擇把逆變器并聯(lián)在牽引網(wǎng)上,將列車制動時反饋的不能被吸收的直流電逆變?yōu)榻涣麟姽┑罔F車站內輔助用電設備使用。逆變器一般選用效率高、轉化率高、響應快、諧波含量低、性能較高的逆變器。三相橋式電壓型逆變器具有這些特點,其控制原理如圖3所示。逆變輸出電壓的相位、幅值以及頻率通過逆變器控制開關器件的導通和關斷來改變,最終使其與電網(wǎng)一致。

逆變器輸出的三相相電壓可以用傅里葉級數(shù)表示。

式(1)中:u0為逆變回饋裝置的啟動電壓;n為電機轉速;ω為電機的角速度;t為周期。

圖2 再生制動能量低壓逆變回饋系統(tǒng)

圖3 三相橋式電壓型逆變電路

三相線電壓:

輸出線電壓的傅里葉級數(shù)表示為:

輸出線電壓的有效值為:

3 能量回饋系統(tǒng)控制策略

采用雙閉環(huán) PI 控制能量回饋系統(tǒng),能量回饋系統(tǒng)控制原理框圖如圖4所示。在電壓比較器中輸入牽引網(wǎng)側實際的直流電壓u1和牽引網(wǎng)設定參考電壓u2,通過比較其差值判斷逆變器是否觸發(fā),逆變器觸發(fā)后送入積分 PI調節(jié)器計算出參考電流值I1,與此同時,鎖相環(huán) PLL 模塊取得整流變壓器 35 kV 側同步電壓信號v1。逆變器輸出電流采樣信號I2經(jīng)過坐標變換得到,同時得到 3 個電流直流分量:三相基波有功電流Id,三相基波無功電流Iq,I0在正常情況下為零。直流分量Id與參考電流I1進行比較后得到的偏差送入 PI 調節(jié)器進行調節(jié),得到電壓信號Ud,將Iq與零參考電流I0進行比較后得到的偏差送入 PI 調節(jié)器進行調節(jié),得到電壓信號Uq及U0為零的電壓。最后,將 PI 調節(jié)器輸出的 3 個電壓信號Ud、Uq、U0進行坐標變換,得到正弦波調制信號Ua、Ub、Uc,將這 3 個調制信號輸入 PWM 脈沖發(fā)生器,PWM 模塊產(chǎn)生脈沖信號經(jīng)過 park 變換后驅動,控制逆變器 IGBT 開關的導通和關斷,最終控制逆變器電流的輸出。

圖4 能量回饋系統(tǒng)控制原理

4 系統(tǒng)仿真與結果分析

在 MATLAB/SIMULINK 仿真軟件中建立再生制動能量逆變回饋電裝置仿真主電路圖。牽引電機的正常運轉是地鐵列車運行的關鍵。地鐵列車的交流傳動系統(tǒng)要求較高的速度精度、較寬的調整范圍,地鐵列車在各級速度穩(wěn)定運行時電氣制動較好,地鐵列車能可靠制動、準確停車,同時可向電網(wǎng)回饋電能。一般控制系統(tǒng)采用的是磁場定向的矢量控制法。磁場定向的矢量控制提供給牽引電機最佳啟動轉矩,使牽引電機能快速和平穩(wěn)啟動??刂茽恳齻鲃酉到y(tǒng)逆變器采用兩點式電壓型三相橋式逆變器供電的矢量控制策略,地鐵列車運行工況通過控制牽引電機轉速來模擬。在仿真模塊中,采用滯環(huán)控制原理來實現(xiàn)電流調節(jié)。仿真參數(shù):①模擬牽引供電系統(tǒng)三相交流電源電壓幅值 35 kV,頻率 50 Hz 整流機組額定容量 4 500 kVA;②逆變器的電阻值為 0.213 mH,電容值為 119.4 uF;③電機額定功率190 kW,定子電阻 0.144 Ω,轉子電阻 0.146 Ω,定子電感 1.294 mH,電機互感 0.328 mH。

再生制動能量利用系統(tǒng)通過控制直流牽引網(wǎng)電壓的變化進行仿真驗證。圖5 為模擬地鐵啟動—加速—惰行—制動過程中對應的牽引電機電流、轉速、轉矩的變化圖。牽引電機在 0~1.5 s 時啟動,此時轉矩為正,牽引電機工作在電動機狀態(tài),在 1.5~2.5 s 時勻速運行,2.5 s 時列車進入再生制動狀態(tài),列車減速,牽引電機的轉速迅速降低,電機轉矩變?yōu)樨撝?,牽引電機處于發(fā)電狀態(tài),將能量回饋到直流牽引網(wǎng),經(jīng)過 1 s 減速到零。

圖6 為加入逆變回饋裝置后的直流牽引網(wǎng)電壓變化。由圖6 可知,當?shù)罔F列車保持勻速運行時,直流牽引網(wǎng)的電壓穩(wěn)定;當列車開始再生制動時,直流牽引網(wǎng)電壓會迅速升高;當超過網(wǎng)壓安全值時逆變回饋裝置開始工作,再生制動能量通過并網(wǎng)的逆變器回饋給交流電網(wǎng),從而避免了電能的浪費,抑制了牽引網(wǎng)電壓的升高,防止了再生失效發(fā)生。

從圖7 牽引網(wǎng)功率可以看出,列車制動時,功率為負值,且與電壓是同頻變化的。

圖8 為地鐵列車牽引電機矢量控制磁鏈變化,可證明當引入逆變回饋裝置采用矢量控制電機時電機運行是否穩(wěn)定。當磁鏈基本為圓形,證明矢量控制電機是可行的,仿真模型的搭建是合理的。

5 結論

再生制動是目前地鐵列車普遍采用的制動方式,將逆變回饋系統(tǒng)引入再生制動能量吸收系統(tǒng)中,可以在保證牽引供電系統(tǒng)以及列車運行安全的前提下,有效利用再生制動時產(chǎn)生的能量。當列車保持勻速運行時,直流牽引網(wǎng)的電壓是保持不變的。當列車開始進入再生制動時,直流牽引網(wǎng)電壓會迅速升高,當超過牽引網(wǎng)所允許的電壓時,逆變回饋裝置進入工作狀態(tài),再生制動產(chǎn)生的能量通過并網(wǎng)逆變器回饋給交流電網(wǎng),供車站內的其他輔助用電設備使用,達到了節(jié)能的目的,并且能有效控制牽引網(wǎng)電壓,使得其不會迅速上升,防止再生失效發(fā)生。而且逆變器投入使用時牽引電機運行基本穩(wěn)定,列車運行安全。

圖5 模擬列車基本工況

圖6 加入逆變回饋裝置牽引網(wǎng)電壓變化

圖7 加入逆變回饋裝置牽引網(wǎng)功率變化

圖8 地鐵牽引電機矢量控制磁鏈軌跡(單位:Wb)

猜你喜歡
線電壓直流列車
“寧電入湘”直流工程再提速
登上末日列車
關愛向列車下延伸
某110 kV變電站裝設低壓電抗器的可行性研究
穿越時空的列車
關于《三相交流電源》章節(jié)的教學探析
基于開關表的直流微電網(wǎng)控制及其仿真
一款高效的30V直流開關電源設計
風電匯集站無功控制策略研究
變電所如何快速查找直流系統(tǒng)接地
普兰店市| 石柱| 九台市| 苏州市| 平陆县| 金湖县| 崇信县| 潜江市| 澳门| 榆社县| 桦川县| 太白县| 巴彦县| 卢氏县| 咸宁市| 厦门市| 周宁县| 驻马店市| 色达县| 商城县| 嘉荫县| 沙田区| 陆河县| 崇仁县| 鄂托克旗| 新营市| 黔江区| 谷城县| 财经| 安塞县| 康保县| 湖州市| 康定县| 太原市| 宜城市| 思南县| 井陉县| 彭泽县| 海林市| 大埔区| 太康县|