1前言

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。

現制動方式主要(yào / yāo)可以(yǐ)分爲(wéi / wèi)兩大(dà)類：一(yī / yì ／yí)是(shì)機械制動(動能轉化成熱能)，機械摩擦制動的(de)缺點是(shì)接觸面容易磨損；摩擦時(shí)産生高溫可熔化燒灼踏面；摩擦後産生的(de)粉塵有嚴重污染的(de)。二是(shì)電制動，把動能轉化爲(wéi / wèi)電能後，再将電能送回電網或變成熱能消耗掉，現在(zài)電制動主要(yào / yāo)是(shì)采用電阻吸收方式，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。

電制動的(de)另一(yī / yì ／yí)種吸收方式是(shì)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)取流時(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。

電制動第三種方式是(shì)飛輪儲能，其工作原理是(shì)在(zài)列車發生再生制動時(shí)，電動機驅動轉子(zǐ)旋轉進行能量儲存，直至達到(dào)允許的(de)最大(dà)轉速；當列車需求能量時(shí)，電動機切換到(dào)發電機工況，釋放飛輪中儲存的(de)能量直至達到(dào)最低工作轉速并轉變爲(wéi / wèi)變電所供電。其缺點是(shì)壽命容易受到(dào)機械部件磨損的(de)影響而(ér)大(dà)幅度降低，并且其投資與維護費用均較高。
電制動的(de)第四種是(shì)逆變吸收方式，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。
2 新風光再生制動能量吸收逆變裝置

軌道(dào)交通其牽引供電系統在(zài)機車牽引變電所，一(yī / yì ／yí)般1-2公裏就(jiù)需要(yào / yāo)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。

再生制動能量吸收逆變裝置（以(yǐ)下簡稱逆變裝置）是(shì)新風光爲(wéi / wèi)滿足軌道(dào)交通機車綠色環保運行的(de)市場需求，研制成功的(de)新一(yī / yì ／yí)代機車制動再生能量處理設備。該逆變裝置屬于(yú)逆變回饋型。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)，或經隔離變壓器反送至35kV /10kV電網。在(zài)直流牽引供電系統中，再生制動能量吸收裝置做爲(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。

該産品相比以(yǐ)往設備，具有動态響應快，并網電流諧波小（THD小于(yú)3%），回饋能量效率高（大(dà)于(yú)98%），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。

2.1系統組成

系統組成框圖如圖1所示，現在(zài)大(dà)部分城市軌道(dào)交通牽引所都是(shì)35kV或10kV電網，經過牽引整流變壓器，再進行12脈波整流輸出(chū)直流1500V或750V給機車供電。
再生制動能量吸收裝置是(shì)并聯在(zài)1500V/750V直流系統中，經過逆變裝置變成交流，經隔離變壓器輸入到(dào)電網(35kV/10kV/400V)。

圖1 系統組成框圖

2.2 逆變裝置主回路拓撲

逆變裝置主要(yào / yāo)由輸入輸出(chū)開關、逆變單元、隔離變壓器、開關櫃等幾部分組成，逆變裝置框圖如圖2所示。

圖2 逆變裝置框圖

(1)輸入輸出(chū)開關
主要(yào / yāo)包括輸入直流接觸器、輸出(chū)交流接觸器等器件。分别用于(yú)逆變裝置輸入、輸出(chū)的(de)接通與分斷。
(2)逆變單元
逆變單元的(de)主要(yào / yāo)作用是(shì)把系統瞬間刹車積聚的(de)能量逆變成與電網電壓同步的(de)交流電回送至電網。目前地(dì / de)鐵牽引供電系統電壓一(yī / yì ／yí)般有兩個(gè)電壓等級即直流750V和(hé / huò)1500V，逆變主電路采用二極管箝位三電平電路拓撲。主電路拓撲如圖3所示。

圖3逆變單元主電路拓撲

(3)隔離變壓器
  逆變單元輸出(chū)交流電壓1000V/500V，經隔離變壓器接到(dào)35kV/10kV/400V電網。
 (4)開關櫃
  逆變裝置輸出(chū)經隔離變壓器後接入35kV/10kV/400V電網。
2.3技術特點
（1）領先的(de)控制技術
控制系統由DSP+FPGA/CPLD+PLC組成。控制系統具備自動化數據采集功能，用于(yú)收集裝置内部狀态信号。采用MODBUS數據傳輸方式與上(shàng)位機系統接口，并提供所有狀态信息。
（2）主回路采用三電平拓撲電路結構
降低了(le／liǎo)器件耐壓等級，利于(yú)減小網側電流諧波。
（3）易于(yú)實現容量擴展
控制系統網側呈電流源特性，易于(yú)多單元并聯實現裝置容量擴展。
（4）功率因數高
網側功率因數可調，逆變裝置可以(yǐ)做到(dào)單位功率因數運行。
（5）諧波特性好
網側電流波形正弦化，電流總諧波（THD）小于(yú)3%。
（6）響應快，效率高
具有動态響應快，能在(zài)毫秒内輸出(chū)額定電流，整機效率98%以(yǐ)上(shàng)。
（7）保護功能齊全
逆變裝置具有過壓、欠壓、偏壓、過流、短路、超溫等多種保護功能，當某一(yī / yì ／yí)逆變單元故障時(shí)，整機仍可以(yǐ)降額工作，不(bù)影響機車正常運行。
3現場應用

青島某線路牽引供電系統主要(yào / yāo)分爲(wéi / wèi)直流牽引網和(hé / huò)交流配電網兩部分。其接入地(dì / de)鐵供電系統圖如圖4所示，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。

牽引變電所共有兩台整流器RT1、RT2，兩台并聯運行。單台是(shì)12脈波整流，兩台并聯組成24脈波整流。其額定功率爲(wéi / wèi)2400kW，額定輸入電壓1180V，額定輸出(chū)電壓1500V，額定輸出(chū)電流1600A，允許電壓波動範圍爲(wéi / wèi)1000V～1800V。走行軌構成牽引供電回路的(de)一(yī / yì ／yí)部分。回流線将軌道(dào)回流引向牽引變電所。交流配電網主要(yào / yāo)是(shì)提供站内的(de)照明、通風、排水、電梯等基礎設施。

圖4 地(dì / de)鐵供電系統線路圖

在(zài)該線某站上(shàng)安裝有新風光的(de)FDBL-JC-2000/1500V的(de)再生制動能量吸收逆變裝置，該裝置容量爲(wéi / wèi)2000kW，其中加裝的(de)再生制動能量吸收逆變裝置使用虛框标出(chū)。
該逆變裝置于(yú)2016年10月初正式投入運行，至今運行良好。現場測試逆變裝置直流母線與逆變三相輸出(chū)電流波形，如圖5所示。

圖5 逆變直流母線與逆變三相輸出(chū)電流波形

根據業主電度表計量的(de)數據，日回饋電能3000度左右，參考工業用電價格1元/度，該站點一(yī / yì ／yí)天節省運行成本3000元左右，該逆變裝置節電效果是(shì)非常明顯的(de)。同時(shí)，對隧道(dào)内部的(de)通風、散熱需求降低，綜合來(lái)說(shuō)，軌道(dào)交通每1-2公裏就(jiù)有一(yī / yì ／yí)個(gè)站點，如果每個(gè)站點都安裝該逆變裝置設備，那麽地(dì / de)鐵運行成本将會大(dà)大(dà)降低。
4結束語

新風光再生制動能量吸收逆變裝置控制車輛電制動時(shí)的(de)運行電壓，保障了(le／liǎo)車輛的(de)安全運行。逆變裝置投運後節電效果顯著，符合國(guó)家節能減排的(de)大(dà)政方針。同時(shí)降低了(le／liǎo)車輛運行隧道(dào)内的(de)通風散熱需求，提高了(le／liǎo)相關設備的(de)運行環境質量。“十三五”期間，随着軌道(dào)交通節能環保、綠色化的(de)主題深入人(rén)心，該逆變裝置前景可期。