地铁能量回馈NPC三电平变流器的研制
发布时间：2021-06-07 11:56
地铁能量回馈中点箝位（NPC）三电平变流器的电能质量高、重量体积小,可以将地铁制动时的再生能量回馈到交流电网,极大地节约了电能。首先分析了地铁能量回馈系统的工作原理,然后给出了多模块并联的地铁能量回馈变流器主电路参数与控制策略的设计方法,最后设计了1台额定容量为2 MW,8个NPC三电平模块交直流侧并联的地铁能量回馈变流器,并搭建了RTDS仿真系统,完成了仿真实验,实验结果表明所设计的地铁能量回馈变流器可以满足地铁能量回馈的要求,并且电流谐波小、均流精度高、电容电压均衡度好。
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(08)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１地铁供电系统图??Ｆｉｇ．?１?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｕｂｗａｙ?ｐｏｗｅｒ?ｓｕｐｐｌｙ?ｓｙｓｔｅｍ??
２地铁能馈系统工作原理??地铁供电系统图见图１，地铁牵引供电系统??是由并联的双１２脉波整流器组成２４脉波整流??器。能馈系统在地铁直流网和交流网中开辟新的??能量通道，将地铁制动再生能量回馈到交流系统中。??图３能馈变流器功率模组拓扑图??Ｆｉｇ．?３?Ｐｏｗｅｒ?ｍｏｄｕｌｅ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｅｎｅｒｇｙ?ｆｅｅｄｂａｃｋ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ??３．１?主电路参数设计??能馈系统参数设置：额定功率２?ＭＷ，额定交??流电压３５?ｋＶ，额定交流电流３３?Ａ，直流电压为??ｌ．５￣２?ｋＶ。变压器参数设置：额定功率２?ＭＷ，变比??３５ｋＶ：ｌ?ｋＶ，短路阻抗６％。子模块参数设置：额定??功率２５０?ｋＷ，额定交流电压１?ｋＶ，额定交流电流??１４５?Ａ，直流电压为１．６￣１．８ｋＶ，最大直流电压２ｋＶ。??３．２功率模组器件的选择??３．２．１?功率半导体器件??能馈变流器工作的最高直流电压设置为２?ｋＶ，??由于功率模组采用ＮＰＣ三电平结构，ＩＧＢＴ可以选??择１．７?ｋＶ等级。在额定交流电压的输入下，单个??功率模组的额定功率为２５０?ｋＷ。ＩＧＢＴ输出的额??定电流为１４４?Ａ，考虑１０％的纹波电流，则流过??ＩＧＢＴ的最大峰值电流为２２５?Ａ。根据ＩＧＢＴ的工??作电压和电流，ＩＧＢＴ选用１．７?ｋＶ／３００?Ａ半桥模??块，型号为ＦＦ３００Ｒ１７ＭＥ４。同时考虑成本和封装??结构，将ＦＦ３００Ｒ１７ＭＥ；４的ＩＧＢＴ封脉冲处理作为??箝位二极管。??３．２．２?直流电容??直流电容的设计需考虑如下方面：①变流器??抗直流负载的扰动能力；②电网发生不对称跌落??引起的直流电压波动；
预设的电压启动门槛，能馈变流器以控制直流电??压为目标解锁ＰＷＭ脉冲信号，使地铁制动再生??能量回馈到交流电网中。为防止能馈系统与牵引??整流器形成环流，能馈系统的启动电压门槛的设??置要大于牵引整流器的空载电压｜５＿７１。??２．２?能馈系统待机??能馈系统实时检测交流电流和直流电流，当??交流电流小于设定值或者直流电流反向，表示地??铁己制动完成或己牵引启动，封锁能馈变流器??ＰＷＭ脉冲信号，能馈系统进入待机状态。??３能馈变流器主电路参数设计??能馈变流器主电路拓扑如图２所示，能馈接??入地铁牵引供电的３５?ｋＶ交流电网与１．５?ｋＶ直??流电网中间。能馈变流器共８个功率模组，所有模??组直流侧Ｐ，Ｎ并联后接入１．５?ｋＶ直流电网，直流??侧的０点并联。交流侧通过电抗器ｉ并联后通过??变压器Ｔ接入３５?ｋＶ交流电网。??图２能馈变流器主电路拓扑图??Ｆｉｇ．?２?Ｅｎｅｒｇｙ?ｆｅｅｄｂａｃｋ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ?ｍａｉｎ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ??图３为能馈变流器功率模组拓扑，为典型的??ＮＰＣ三电平拓扑。??９３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]兆瓦级中压电网的地铁再生制动能量回馈装置优化[J]. 仇志凌,胡磊磊,李锦,刘定坤,陈蕾,张明. 城市轨道交通研究. 2018(06)
[2]一种模块化地铁再生制动能量回馈系统及环流抑制策略[J]. 连建阳,刘洪德,张烨,张全秀,谢晔源. 电力工程技术. 2018(02)
[3]地铁能量回馈装置的无功补偿控制策略[J]. 桑福环,张海龙,王林,杨建军. 城市轨道交通研究. 2016(05)
[4]地铁再生制动能量回馈装置软并网技术研究[J]. 李洁,郑伊飞,郑月宾,唐圣辉,桑福环. 城市轨道交通研究. 2015(10)
[5]地铁列车模块化再生制动能量回馈变流器的研制[J]. 牛化鹏,张海龙,桑福环,周姝昱. 城市轨道交通研究. 2015(06)
[6]三电平逆变器并联系统的中点电位控制策略[J]. 姚修远,金新民,李金科,吴学智,李会南. 电网技术. 2015(06)
[7]60°坐标系下三电平SVPWM算法和中点电压控制研究[J]. 郜亚秋,肖鹏,张建,赵宇. 电气传动自动化. 2015(03)
[8]三相三电平模块化光伏并网系统的零序环流抑制[J]. 张兴,邵章平,王付胜,刘萍,任康乐. 中国电机工程学报. 2013(09)
博士论文
[1]中压三电平全功率风电变流器关键技术研究[D]. 任康乐.合肥工业大学 2016
[2]城市轨道交通混合式牵引供电装置关键技术与性能优化研究[D]. 全恒立.北京交通大学 2013
硕士论文
[1]城市轨道交通能馈式牵引供电系统的应用研究[D]. 苏劼.北京交通大学 2009
本文编号：3216529
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(08)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１地铁供电系统图??Ｆｉｇ．?１?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｕｂｗａｙ?ｐｏｗｅｒ?ｓｕｐｐｌｙ?ｓｙｓｔｅｍ??
２地铁能馈系统工作原理??地铁供电系统图见图１，地铁牵引供电系统??是由并联的双１２脉波整流器组成２４脉波整流??器。能馈系统在地铁直流网和交流网中开辟新的??能量通道，将地铁制动再生能量回馈到交流系统中。??图３能馈变流器功率模组拓扑图??Ｆｉｇ．?３?Ｐｏｗｅｒ?ｍｏｄｕｌｅ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｅｎｅｒｇｙ?ｆｅｅｄｂａｃｋ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ??３．１?主电路参数设计??能馈系统参数设置：额定功率２?ＭＷ，额定交??流电压３５?ｋＶ，额定交流电流３３?Ａ，直流电压为??ｌ．５￣２?ｋＶ。变压器参数设置：额定功率２?ＭＷ，变比??３５ｋＶ：ｌ?ｋＶ，短路阻抗６％。子模块参数设置：额定??功率２５０?ｋＷ，额定交流电压１?ｋＶ，额定交流电流??１４５?Ａ，直流电压为１．６￣１．８ｋＶ，最大直流电压２ｋＶ。??３．２功率模组器件的选择??３．２．１?功率半导体器件??能馈变流器工作的最高直流电压设置为２?ｋＶ，??由于功率模组采用ＮＰＣ三电平结构，ＩＧＢＴ可以选??择１．７?ｋＶ等级。在额定交流电压的输入下，单个??功率模组的额定功率为２５０?ｋＷ。ＩＧＢＴ输出的额??定电流为１４４?Ａ，考虑１０％的纹波电流，则流过??ＩＧＢＴ的最大峰值电流为２２５?Ａ。根据ＩＧＢＴ的工??作电压和电流，ＩＧＢＴ选用１．７?ｋＶ／３００?Ａ半桥模??块，型号为ＦＦ３００Ｒ１７ＭＥ４。同时考虑成本和封装??结构，将ＦＦ３００Ｒ１７ＭＥ；４的ＩＧＢＴ封脉冲处理作为??箝位二极管。??３．２．２?直流电容??直流电容的设计需考虑如下方面：①变流器??抗直流负载的扰动能力；②电网发生不对称跌落??引起的直流电压波动；
预设的电压启动门槛，能馈变流器以控制直流电??压为目标解锁ＰＷＭ脉冲信号，使地铁制动再生??能量回馈到交流电网中。为防止能馈系统与牵引??整流器形成环流，能馈系统的启动电压门槛的设??置要大于牵引整流器的空载电压｜５＿７１。??２．２?能馈系统待机??能馈系统实时检测交流电流和直流电流，当??交流电流小于设定值或者直流电流反向，表示地??铁己制动完成或己牵引启动，封锁能馈变流器??ＰＷＭ脉冲信号，能馈系统进入待机状态。??３能馈变流器主电路参数设计??能馈变流器主电路拓扑如图２所示，能馈接??入地铁牵引供电的３５?ｋＶ交流电网与１．５?ｋＶ直??流电网中间。能馈变流器共８个功率模组，所有模??组直流侧Ｐ，Ｎ并联后接入１．５?ｋＶ直流电网，直流??侧的０点并联。交流侧通过电抗器ｉ并联后通过??变压器Ｔ接入３５?ｋＶ交流电网。??图２能馈变流器主电路拓扑图??Ｆｉｇ．?２?Ｅｎｅｒｇｙ?ｆｅｅｄｂａｃｋ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ?ｍａｉｎ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ??图３为能馈变流器功率模组拓扑，为典型的??ＮＰＣ三电平拓扑。??９３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]兆瓦级中压电网的地铁再生制动能量回馈装置优化[J]. 仇志凌,胡磊磊,李锦,刘定坤,陈蕾,张明. 城市轨道交通研究. 2018(06)
[2]一种模块化地铁再生制动能量回馈系统及环流抑制策略[J]. 连建阳,刘洪德,张烨,张全秀,谢晔源. 电力工程技术. 2018(02)
[3]地铁能量回馈装置的无功补偿控制策略[J]. 桑福环,张海龙,王林,杨建军. 城市轨道交通研究. 2016(05)
[4]地铁再生制动能量回馈装置软并网技术研究[J]. 李洁,郑伊飞,郑月宾,唐圣辉,桑福环. 城市轨道交通研究. 2015(10)
[5]地铁列车模块化再生制动能量回馈变流器的研制[J]. 牛化鹏,张海龙,桑福环,周姝昱. 城市轨道交通研究. 2015(06)
[6]三电平逆变器并联系统的中点电位控制策略[J]. 姚修远,金新民,李金科,吴学智,李会南. 电网技术. 2015(06)
[7]60°坐标系下三电平SVPWM算法和中点电压控制研究[J]. 郜亚秋,肖鹏,张建,赵宇. 电气传动自动化. 2015(03)
[8]三相三电平模块化光伏并网系统的零序环流抑制[J]. 张兴,邵章平,王付胜,刘萍,任康乐. 中国电机工程学报. 2013(09)
博士论文
[1]中压三电平全功率风电变流器关键技术研究[D]. 任康乐.合肥工业大学 2016
[2]城市轨道交通混合式牵引供电装置关键技术与性能优化研究[D]. 全恒立.北京交通大学 2013
硕士论文
[1]城市轨道交通能馈式牵引供电系统的应用研究[D]. 苏劼.北京交通大学 2009
本文编号：3216529
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