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1．引言：

地鐵、城鐵等多數有軌車(chē)輛所需電源為直流電源。在車(chē)輛剎車(chē)、制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量向直流母線(xiàn)回饋。此時(shí)，將抬高直流母線(xiàn)的電壓。如果直流電壓超過(guò)限制值，用以引起與直流母線(xiàn)相連接的設備損壞，甚至是產(chǎn)生嚴重的安全事故。傳統上，當電壓超過(guò)安全范圍時(shí)，采用電阻絲將其能量以熱量的形式消耗掉。這就造成了能源浪費和環(huán)境污染兩個(gè)問(wèn)題。

隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)有了現實(shí)的解決方法。我公司研制了軌道交通能量回饋裝置，將車(chē)輛剎車(chē)流到直流母線(xiàn)的電能逆變位與電網(wǎng)同步的電能，并回饋至交流電網(wǎng)。單機功率達到1.5MW。
2．設備硬件電路

此種類(lèi)型的設備功率達到1.5MVA，采用單元級聯(lián)結構。系統機構如圖1 所示。

系統包括主電路、檢測部分、控制部分。主電路的關(guān)鍵是開(kāi)關(guān)元件IGBT，本部分的作用為完成電力的轉換，將直流電網(wǎng)富余的電能轉換為交流電并網(wǎng)。檢測部分主要由傳感器組成，其主要作用為檢測交流電網(wǎng)的電壓、電流、相位，檢測直流側的電壓、電流，并將檢測到的物理信號轉換為弱電信號，將其送入控制單元。控制單元的作用為根據傳感器輸入的信號和外部輸入的信號做出判斷，輸出PWM信號控制IGBT動(dòng)作，使其完成電能的轉換；控制單元還具有輸入輸出的接口，接受外部指令信號，并將本系統的狀態(tài)傳給相關(guān)的系統。元件每個(gè)單元內部采用三點(diǎn)平逆變結構。圖紙幅度所限，在此只給出每個(gè)單元的主電路拓撲如圖2所示。采用電解電容作為逆變前的儲能元件，降低直流母線(xiàn)的電壓波動(dòng)。主開(kāi)關(guān)器件選用IGBT，輸出側使用電抗器濾波。核心控制芯片采用TI公司的TMS320LF2000系列的芯片，此系列的芯片是專(zhuān)門(mén)為電力電子轉換而設計的芯片，有豐富的片內外設功能。包含有如下外設：事件管理器：定時(shí)器和用于數字電機控制的PWM發(fā)生器；CAN接口 ；具有16通道10位A/D；SPI串行外設接口；SCI串行通信接口。

3.主要性能及技術(shù)特點(diǎn)

在多年研制大功率變頻器及能量并網(wǎng)回饋裝置的技術(shù)基礎上，成功研制出軌道交通能量回饋裝置。經(jīng)過(guò)一年的成功運行證明，該產(chǎn)品有如下技術(shù)特點(diǎn)：（1）控制上采用電壓電流雙閉環(huán)矢量控制，呈現電流源特性，電流環(huán)是本裝置的控制核心。（2）采用多單元并聯(lián)，理論上功率可以無(wú)限擴展，各個(gè)單元之間采用多重化載波移相技術(shù)，極大的減小了網(wǎng)側電流總諧波。在某個(gè)單元發(fā)生故障時(shí)，不影響其他單元的運行，整機可以將額使用。（3）網(wǎng)側逆變器采用三電平電路拓撲，適應網(wǎng)側電壓范圍廣，同時(shí)也有益于減小網(wǎng)側電流總諧波。（4）并網(wǎng)變流器采用先進(jìn)的PWM控制技術(shù)，不但可以向交流電網(wǎng)回饋有功功率，而且可以回饋無(wú)功功率，超前和滯后的無(wú)功功率均能靈活調節。（5）具有動(dòng)態(tài)響應快，根據直流母線(xiàn)電壓及上級控制信號，可以瞬時(shí)滿(mǎn)足大范圍功率變化要求，適應性強。（6）具有溫度，過(guò)流，短路，旁路，網(wǎng)側電壓異常等各種保護功能。（7）具有多種模擬量和數字量接口，具有CAN總線(xiàn)或RS485串行總線(xiàn)等接口，與網(wǎng)絡(luò )中的其他設備連接方便，控制靈活。（8）此種設備在短時(shí)工作制條件下工作，采用自然冷卻的方式。由于不使用冷卻風(fēng)機，從而提高了整機效率及可靠性。
4．整機運行效果

在做試驗時(shí)發(fā)現隨著(zhù)整機電流的增加，整機效率成增加之勢，整機諧波電流成減小之勢。圖3 為整機回饋電網(wǎng)電流2000A時(shí)的三相電流波形圖。通過(guò)檢測設備得知饋網(wǎng)電流完全滿(mǎn)足國家標準。

正是由于此類(lèi)設備采取了本文所述的措施，具有本文所述的特點(diǎn)。此類(lèi)設備自投入運行以來(lái)運行良好，為用戶(hù)節約了能源，減少了用戶(hù)對環(huán)境的污染，并且給用戶(hù)帶來(lái)了可觀(guān)的經(jīng)濟效益。