城市的(de)交通擁擠問題在(zài)國(guó)内大(dà)、中型城市日益嚴重，已經成爲(wéi / wèi)影響城市經濟發展的(de)重要(yào / yāo)制約因素之(zhī)一(yī / yì ／yí)。由于(yú)城市軌道(dào)交通的(de)衆多優點，具有運量大(dà)、速度快、時(shí)間準、能耗低、污染少和(hé / huò)安全舒适等特點，因此城市軌道(dào)交通方式無疑是(shì)解決城市交通擁擠問題的(de)一(yī / yì ／yí)種有效手段。
目前城市軌道(dào)交通直流牽引供電系統采用二極管整流器，電能隻能從交流電網向直流牽引網單向流動。當車輛制動時(shí)，多餘的(de)再生制動能量使直流電網電壓升高。傳統的(de)解決方法是(shì)設置電阻制動裝置，但這(zhè)将造成電能的(de)極大(dà)浪費并帶來(lái)溫升等其它問題。由于(yú)軌道(dào)交通車輛起制動頻繁，制動能量相當可觀，若能加以(yǐ)合理利用必能産生良好的(de)經濟效益。

從較早的(de)在(zài)牽引變電所設置再生能量電阻消耗裝置的(de)應用到(dào)近幾年電容儲能、再生電能逆變回饋設備發展，再生制動能量吸收技術在(zài)不(bù)斷研制和(hé / huò)持續改進，在(zài)國(guó)内外軌道(dào)交通線路上(shàng)得到(dào)應用。再生能量電阻消耗裝置，其主要(yào / yāo)缺點是(shì)隻能将電能轉換爲(wéi / wèi)熱能消耗掉，造成能源浪費，而(ér)且電阻散熱會導緻溫度升高，因此需要(yào / yāo)增加相應的(de)通風裝置，即同時(shí)增加相應的(de)電能消耗。電容儲能型，将制動能量吸收到(dào)大(dà)容量電容器組中，當供電區間有列車需要(yào / yāo)時(shí)将所儲存的(de)電能釋放出(chū)去，其主要(yào / yāo)缺點是(shì)要(yào / yāo)設置體積龐大(dà)的(de)電容器組，且電容因頻繁處于(yú)充放電狀态而(ér)導緻使用壽命短。再生電能逆變回饋設備，是(shì)将車輛制動時(shí)産生能量經過逆變變成工頻交流電與車站内電網并網，該吸收方式有利于(yú)能源的(de)綜合再利用，實現了(le／liǎo)節能，是(shì)目前日益重視并大(dà)力推廣的(de)方式。

新風光研制的(de)再生制動能量吸收逆變裝置爲(wéi / wèi)逆變回饋型，其回饋能量将直接用于(yú)車站内400V負載或經變壓器反送至10kV//35kV電網。再生制動能量吸收逆變裝置根據各個(gè)傳感器檢測信号，綜合判斷直流電網上(shàng)是(shì)否有列車處于(yú)再生電制動狀态，一(yī / yì ／yí)旦确認列車處于(yú)再生制動狀态并需要(yào / yāo)吸收能量時(shí)，系統啓動吸收過程。逆變裝置把機車刹車制動時(shí)産生的(de)能量轉換成AC400V電壓，自動跟蹤AC400V母線電壓，并向負載供電，将再生能量消耗在(zài)用電設備上(shàng)，确保機車充分有效利用電制動。在(zài)直流牽引供電系統中，再生電能吸收裝置爲(wéi / wèi)一(yī / yì ／yí)個(gè)子(zǐ)系統工程，其作用關乎系統的(de)安全。
2南京某線路牽引供電系統概況

南京軌道(dào)交通其牽引供電系統在(zài)機車牽引變電所，2-4公裏就(jiù)設置一(yī / yì ／yí)個(gè)機車牽引變電所，每個(gè)機車牽引所都需要(yào / yāo)配備再生制動能量吸收設備。
南京牽引供電系統主要(yào / yāo)分爲(wéi / wèi)直流牽引網和(hé / huò)交流配電網兩部分。主變電所将三相35kV高壓交流送至各牽引所，經整流變壓器、整流器變成适合軌道(dào)車輛應用的(de)1500V直流母線，饋電線再将直流電送到(dào)接觸網上(shàng)，接觸網是(shì)沿車輛走行軌架設的(de)特殊供電線路，軌道(dào)車輛通過其受流器與接觸網的(de)直接接觸而(ér)獲得電能。
本工程供電系統主要(yào / yāo)參數如表1所示。

3新風光FDBL-JC-650/1500V型再生制動能量吸收逆變裝置介紹

再生制動能量吸收逆變裝置是(shì)新風光電子(zǐ)科技股份有限公司自主研發，擁有完全的(de)自主知識産權，新風光通過對逆變器多電平電路拓撲結構技術、電壓型逆變器的(de)電流源控制技術、單元并聯技術、并網技術等關鍵技術進行攻關，實現了(le／liǎo)突破。在(zài)國(guó)内較早成功運行在(zài)軌道(dào)交通行業。通過該項目關鍵技術開發與應用，滿足了(le／liǎo)城市軌道(dào)交通行業低碳綠色環保節能的(de)需求，推動國(guó)産軌道(dào)交通裝備的(de)提質增效。

該逆變裝置具有動态響應快，并網電流諧波小，回饋能量效率高，可靠性高。産品經鐵道(dào)部質量監督檢驗中心檢驗，各項技術指标均達到(dào)設計要(yào / yāo)求。該設備被列入科技部2014年度國(guó)家火炬計劃項目。
3.1新風光FDBL-JC-650/1500V型再生制動能量吸收逆變裝置主要(yào / yāo)技術參數

新風光FDBL-JC-650/1500V型再生制動能量吸收逆變裝置主要(yào / yāo)技術參數如下：
(1)功率：峰值功率650kW，持續時(shí)間20s，周期120s
(2)工作制：間歇工作制
(3)啓動電壓值：1530V~1980V連續平滑可調
(4)輸出(chū)電壓：AC1000V  三相三線制
(5)頻率：跟蹤交流側電網頻率
(6)額定工況下輸出(chū)功率因數：＞0.98
(7)額定工況下整套設備效率：＞97%
(8)額定工況下電流諧波含量：≤3％
(9)額定工況下電壓諧波含量：≤3％
（10）裝置響應時(shí)間：≤200ms
3.2主要(yào / yāo)工作原理

逆變器部分采用多單元并聯方式，根據再生制動時(shí)直流母線電壓的(de)變化狀況調節逆變器的(de)輸出(chū)功率大(dà)小，将直流母線電壓恒定在(zài)某一(yī / yì ／yí)設定值範圍内，整機對外呈現電流源特性。
逆變器主要(yào / yāo)由直流接觸器、逆變單元、濾波電抗器、交流接觸器等部分組成，如圖1所示，可實現逆變裝置自動投入、撤出(chū)、濾波及檢測等功能。

 
圖1 逆變裝置主回路拓撲

當車輛再生電制動且制動能量不(bù)能被其它車輛或用電設備消耗時(shí)，再生制動能量吸收逆變裝置将該部分的(de)能量，根據直流母線電壓的(de)變化自動調節逆變單元的(de)輸出(chū)電流大(dà)小，逆變爲(wéi / wèi)與電網電壓同頻、同相的(de)交流電送回電網。

逆變主電路主要(yào / yāo)實現逆變吸收、自動并網及逆變電流調節等功能。逆變主電路由多路獨立的(de)逆變單元及控制裝置等組成，逆變單元采用IGBT作爲(wéi / wèi)開關器件，控制裝置通過PWM調節控制每條支路IGBT通斷。并根據實際再生制動能量的(de)大(dà)小調節并網電流，充分滿足車輛的(de)再生制動功能。裝置具有過壓、過流、溫度、短路等多種保護功能。
逆變裝置的(de)單元采用三電平拓撲電路，如圖2所示。逆變輸出(chū)電壓波形、輸出(chū)電流波形分别如圖3、4所示。

 
圖2 功率單元拓撲結構

3.3顯示設定顯示裝置

采用彩色觸摸屏，通過觸摸屏操作，實現對系統運行狀态的(de)實時(shí)顯示、用戶級參數修改等功能。同時(shí)對故障進行顯示和(hé / huò)記錄，欠壓、過壓、過流、過熱等保護值，以(yǐ)及逆變裝置啓動閥值等參數可通過觸摸屏進行設定。
3.4通信功能 
控制系統采用标準的(de)數據通信口，采用RS485接口，數據通信協議采用具有良好的(de)通用性和(hé / huò)開放性Modbus協議。實現開關位置、故障信号遙信，電流、電壓和(hé / huò)電度等的(de)遙測功能，根據實際需要(yào / yāo)可以(yǐ)增加對設備交直流接觸器的(de)遙控功能。控制系統上(shàng)送變電所綜合自動化系統的(de)故障信息帶有時(shí)标，并具有與綜合自動化系統進行時(shí)鍾同步功能。
3.5自動化數據采集、存儲功能
控制系統具有數據采集、存儲功能，以(yǐ)及顯示、控制界面，本地(dì / de)采集信息包括以(yǐ)下内容：數據采集日期和(hé / huò)時(shí)間、直流電網電壓、逆變器輸出(chū)側交流電壓、電流、回饋功率等。以(yǐ)上(shàng)參數通過數據采集系統處理後，保存在(zài)本地(dì / de)裝置中，也(yě)可實現USB等傳輸方式轉存。
控制系統對設備運行狀态信息進行處理、顯示。設備運行狀态信息包含開關狀态和(hé / huò)系統故障信息。其中開關狀态包括交、直流開關櫃、逆變櫃内的(de)開關狀态，系統故障信息包括交、直流電網電壓異常、功率模塊異常、變壓器異常等。
3.6保護功能
裝置内部設置如下保護：交流電網欠壓、過壓保護，直流電網欠壓、過壓保護，功率模塊過流保護，功率模塊過熱保護，隔離開關(狀态)保護，散熱風機故障保護，變壓器過熱保護等保護。
4改造後使用效果
爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)降低地(dì / de)鐵運營成本，南京地(dì / de)鐵公司領導經過多方考察，與新風光電子(zǐ)科技股份有限公司簽訂了(le／liǎo)在(zài)地(dì / de)鐵某線路上(shàng)使用FDBL-JC-650/1500V型再生制動能量吸收逆變裝置的(de)協議。經過雙方技術人(rén)員的(de)緊密配合，制定了(le／liǎo)周密的(de)改造方案。2015年1月8日，改造工程完成，逆變設備一(yī / yì ／yí)次性投入運行，至今運行良好，取得了(le／liǎo)顯著的(de)節能效果，達到(dào)了(le／liǎo)改造的(de)預期目的(de)。
該逆變裝置将再生制動吸收的(de)能量回饋到(dào)400V電網，供給地(dì / de)鐵内其他(tā)用電設備使用。該逆變裝置接入地(dì / de)鐵電網系統框圖如圖5所示。

 
圖5 系統組成框圖

爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)測試節能效果，南京地(dì / de)鐵公司加裝了(le／liǎo)電表計量，測試逆變裝置回饋的(de)電量及效果。經過近一(yī / yì ／yí)年的(de)測試，該裝置投運後日均節電1000度左右，年節電約36.5萬度，按照南京當地(dì / de)電價0.8451元/度，年節省電費約30.8萬元，另外采用該設備節省了(le／liǎo)原來(lái)電阻制動時(shí)隧道(dào)散熱所需的(de)電量，這(zhè)又節省了(le／liǎo)一(yī / yì ／yí)筆可觀的(de)開支。
5 結束語

新風光研制的(de)再生制動能量吸收逆變裝置成功應用在(zài)北京、重慶、天津、南京等城市的(de)地(dì / de)鐵中，是(shì)目前國(guó)内地(dì / de)鐵現場應用較早、業績較多、性能較爲(wéi / wèi)可靠的(de)産品。随着人(rén)們節能環保的(de)意識提高，再生制動能量逆變吸收方式會被越來(lái)越多的(de)地(dì / de)鐵公司接受和(hé / huò)認可，該産品也(yě)會在(zài)地(dì / de)鐵行業普遍應用。