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一種機(jī)車電能回饋設(shè)備試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機(jī)車再生電能回饋設(shè)備試驗(yàn)系統(tǒng)。試驗(yàn)系統(tǒng)由兩臺(tái)電能回饋逆變器及三繞組回饋?zhàn)儔浩鳂?gòu)成，兩臺(tái)電能回饋逆變器的直流母線并聯(lián)連接，三繞組回饋?zhàn)儔浩鞯脑吪c電網(wǎng)連接，兩組副邊繞組分別與兩臺(tái)電能回饋逆變器的交流輸出連接。本發(fā)明還包括所述試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，控制其中一臺(tái)電能回饋逆變器將調(diào)直流母線電壓調(diào)高，模擬機(jī)車制動(dòng)工況，另一臺(tái)回饋逆變器檢測(cè)到直流電壓升高后，向電網(wǎng)回饋電能，能夠考驗(yàn)電能回饋逆變器的控制邏輯以及功率傳輸能力，該方法成本低，簡單實(shí)用，測(cè)試效率高。
【專利說明】一種機(jī)車電能回饋設(shè)備試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種機(jī)車電能回饋設(shè)備試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法，屬于大功率電力電子技 術(shù)中的設(shè)備測(cè)試領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)車電能回饋設(shè)備用于軌道交通上再生電能的吸收和回饋的場(chǎng)合，按將再生電能 回饋至電網(wǎng)。
[0003] 再生電能回饋設(shè)備的原理可簡述如下：當(dāng)車輛進(jìn)入制動(dòng)工況，機(jī)車的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為 電能，向直流電網(wǎng)輸入電能時(shí)，會(huì)引起直流電網(wǎng)電壓升高。再生電能回饋設(shè)備的控制系統(tǒng)實(shí) 時(shí)檢測(cè)直流電網(wǎng)電壓，當(dāng)直流電網(wǎng)電壓上升達(dá)到某一預(yù)設(shè)值時(shí)，逆變器開始啟動(dòng)，逆變器以 實(shí)際的直流電網(wǎng)電壓與基準(zhǔn)值的差值控制輸出電流，直到輸出電流達(dá)到逆變器的最大容許 輸出電流，逆變器向交流電網(wǎng)回饋電能，直流電網(wǎng)電壓將會(huì)有下降的趨勢(shì)。車輛完成制動(dòng) 后，直流電網(wǎng)電壓降下降，恢復(fù)到正常值，再生電能回饋設(shè)備返回到備用狀態(tài)。因此，再生電 能回饋設(shè)備不但能夠維持直流電網(wǎng)電壓保持穩(wěn)定，還能將多余的電能回饋給交流電網(wǎng)。軌 道交通行業(yè)對(duì)掛網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備有嚴(yán)格的要求，需要對(duì)出廠設(shè)備進(jìn)行全面的測(cè)試，而檢測(cè)機(jī)車 電能回饋設(shè)備需要構(gòu)造一個(gè)模擬真實(shí)地鐵供電系統(tǒng)的工況，需要一個(gè)可調(diào)的大功率直流電 壓源，以模擬直流電網(wǎng)電壓升高，還需要構(gòu)造將電能回饋到交流電網(wǎng)的回路。滿足上述要求 的試驗(yàn)平臺(tái)成本較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于：提出一種機(jī)車電能回饋設(shè)備的試驗(yàn)平臺(tái)及使用該試驗(yàn)平臺(tái)的 方法，以滿足對(duì)機(jī)車電能回饋設(shè)備測(cè)試的需求。
[0005] 具體的方案如下：
[0006] -種機(jī)車電能回饋設(shè)備試驗(yàn)系統(tǒng)，包括兩臺(tái)電能回饋逆變器和三繞組回饋?zhàn)儔?器。兩臺(tái)電能回饋逆變器的直流母線并聯(lián)連接，三繞組回饋?zhàn)儔浩鞯脑吪c電網(wǎng)連接，兩組 副邊繞組分別與兩臺(tái)電能回饋逆變器的交流輸出連接。
[0007] 上述方案中，電能回饋逆變器包括直流側(cè)電容，交直流變換器，交流濾波器及并網(wǎng) 開關(guān)。其中所述交直流變換器可實(shí)現(xiàn)交流電和直流電之間的轉(zhuǎn)換。
[0008] 另外本發(fā)明還提供一種使用所述試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，所述試驗(yàn)方法包括如下步 驟：
[0009] 步驟1 :啟動(dòng)第一電能回饋逆變器，并控制直流母線電壓為第一設(shè)定值。
[0010] 步驟2 :控制第一電能回饋逆變器的直流母線電壓上升，電壓控制目標(biāo)為第二設(shè) 定值。
[0011] 步驟3 :第二電能回饋逆變器檢測(cè)到直流電壓超過第三設(shè)定值后，開始啟動(dòng)，電壓 控制目標(biāo)為第一設(shè)定值。
[0012] 步驟4:等待直流電壓穩(wěn)定，且持續(xù)特定時(shí)間后，控制第一電能回饋逆變器的直流 母線電壓下降，電壓控制目標(biāo)為第一設(shè)定值，直到直流電壓穩(wěn)定在第一設(shè)定值。所述特定時(shí) 間的范圍在5秒與30秒之間。
[0013] 上述方案中，所述試驗(yàn)方法中直流電壓的第一設(shè)定值小于第三設(shè)定值，第三設(shè)定 值小于第二設(shè)定值。
[0014] 有益效果：
[0015] 1、一臺(tái)電能回饋設(shè)備作為測(cè)試設(shè)備，可連續(xù)調(diào)節(jié)直流電壓，根據(jù)測(cè)試需求設(shè)定直 流電壓的調(diào)節(jié)曲線，滿足任意測(cè)試工況，便捷靈活。
[0016] 2、試驗(yàn)平臺(tái)由兩臺(tái)相同電能回饋設(shè)備組成，其中一臺(tái)可以作為測(cè)試設(shè)備，模擬地 鐵直流母線電壓升高，另一臺(tái)作為被測(cè)設(shè)備，也可以將測(cè)試設(shè)備和被測(cè)設(shè)備相互調(diào)換，不需 要增加額外的成本就可以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電能回饋設(shè)備的測(cè)試，成本低，測(cè)試效率高。
[0017] 3、兩臺(tái)電能回饋設(shè)備的有功功率流動(dòng)方向相反，兩臺(tái)設(shè)備形成了有功功率的內(nèi)部 環(huán)流。試驗(yàn)平臺(tái)的總體損耗很小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的機(jī)車電能回饋設(shè)備試驗(yàn)平臺(tái)拓?fù)鋱D

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0020] 如圖1所示：，圖中標(biāo)號(hào)名稱：1、第一電能回饋設(shè)備；2、第二電能回饋設(shè)備；3、三 繞組回饋?zhàn)儔浩鳎?、第一有功功率流動(dòng)方向；5、第二有功功率流動(dòng)方向。
[0021] 一套機(jī)車電能回饋設(shè)備試驗(yàn)系統(tǒng)，包括兩臺(tái)電能回饋逆變器和三繞組回饋?zhàn)儔浩?(3)。兩臺(tái)電能回饋逆變器的直流母線并聯(lián)連接，三繞組回饋?zhàn)儔浩鞯脑吪c電網(wǎng)連接，兩 組副邊繞組分別與兩臺(tái)電能回饋逆變器的交流輸出連接。
[0022] 電能回饋逆變器包括直流側(cè)電容，交直流變換器，交流濾波器及并網(wǎng)開關(guān)。其中所 述交直流變換器可實(shí)現(xiàn)交流電和直流電之間的轉(zhuǎn)換。在本例中交直流變換器為三相半橋結(jié) 構(gòu)的逆變器。本例中三繞組變壓器原邊電壓為35KV，兩套繞組的副邊電壓為950V，在本例 中，第一電能回饋設(shè)備（1)作為測(cè)試設(shè)備，調(diào)節(jié)直流電容電壓，第二電能回饋設(shè)備（2)作為 被測(cè)設(shè)備。
[0023] 使用上述試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，包括如下步驟：
[0024] 步驟1 :啟動(dòng)第一電能回饋逆變器，并控制直流母線電壓為1500V。
[0025] 步驟2 :控制第一電能回饋逆變器的直流母線電壓上升，電壓控制目標(biāo)為1800V。 設(shè)置直流母線電壓的上升速率為每秒300V。該步驟模擬直流電網(wǎng)直流電壓上升工況。
[0026] 步驟3 :直流電壓開始按照調(diào)節(jié)速率逐漸上升，設(shè)定第二電能回饋逆變器的啟動(dòng) 門檻值為1600V，當(dāng)檢測(cè)到直流電壓超過1600V后，第二電能回饋設(shè)備開始啟動(dòng)，電壓控制 目標(biāo)為1500V。
[0027] 兩臺(tái)電能回饋逆變器的直流母線電容并聯(lián)，兩臺(tái)電能回饋逆變器直流電容電壓控 制目標(biāo)不同，兩臺(tái)逆變器均無法達(dá)到控制目標(biāo)，兩臺(tái)逆變器將輸出最大電流，最終直流電容 電壓降穩(wěn)定在1500V-1800V之間，如果兩臺(tái)電能回饋逆變器是完全相同的，直流電壓將穩(wěn) 定在1650V。
[0028] 此時(shí)，第一電能回饋逆變器的實(shí)際直流電壓1650V低于電壓控制目標(biāo)1800V，因 此，第一回饋逆變器處于對(duì)直流電容充電的工作狀態(tài)。有功功率流動(dòng)方向?yàn)椋?)。第二電能 回饋逆變器的實(shí)際直流電壓1650V高于電壓控制目標(biāo)1500V，因此，第二回饋逆變器處于直 流電容放電的工作狀態(tài)。有功功率流動(dòng)方向?yàn)椋?)。此時(shí)，兩臺(tái)逆變器的有功功率流動(dòng)方向 相反，相互抵消，交流變壓器原邊消耗的有功功率很小。
[0029] 等待直流電壓穩(wěn)定，且持續(xù)特定時(shí)間后，所述特定時(shí)間的范圍在5秒與30秒之間， 該時(shí)間是為了模擬機(jī)車剎車制動(dòng)的時(shí)間，在本實(shí)施例中，設(shè)定時(shí)間為l〇s。10s后控制第一 電能回饋逆變器的直流母線電壓下降，電壓控制目標(biāo)為1500V，此時(shí)兩臺(tái)逆變器的直流電壓 控制目標(biāo)一致，均為1500V，直流電容電壓降穩(wěn)定在1500V，不會(huì)有有功功率的傳輸，試驗(yàn)完 成。最終模擬了機(jī)車剎車制動(dòng)，電能回饋的整個(gè)過程。測(cè)試設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)際直流電網(wǎng)電 壓上升和返回的過程。被測(cè)設(shè)備完成了對(duì)直流電網(wǎng)電壓的檢測(cè)，自動(dòng)啟動(dòng)并以最大輸出電 流回饋給交流電網(wǎng)的過程。兩臺(tái)設(shè)備還可以進(jìn)行對(duì)調(diào)，相互驗(yàn)證。
[0030] 按照上述測(cè)試步驟進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，第一電能回饋逆變器控制直流母線電壓上升，是 給直流電容充電，有功功率流動(dòng)方向是由交流變壓器的副邊到直流電容，第二電能回饋設(shè) 備的控制目標(biāo)是使直流母線電壓下降，相當(dāng)于直流電容放電，有功功率流動(dòng)方向是由直流 電容到交流變壓器副邊。由于交流變壓器副邊的兩套繞組有功功率流向相反，相互抵消，因 此交流變壓器原邊消耗的有功功率很小。
[0031] 以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，參照上述實(shí)施例進(jìn)行的 各種形式修改或變更均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種機(jī)車電能回饋設(shè)備試驗(yàn)系統(tǒng)，包括兩臺(tái)電能回饋逆變器和三繞組回饋?zhàn)儔浩鳎?其特征在于：兩臺(tái)電能回饋逆變器的直流母線并聯(lián)連接，三繞組回饋?zhàn)儔浩鞯脑吪c電網(wǎng) 連接，兩組副邊繞組分別與兩臺(tái)電能回饋逆變器的交流輸出連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：電能回饋逆變器包括直流側(cè)電容，交直 流變換器，交流濾波器及并網(wǎng)開關(guān)；其中所述交直流變換器能夠?qū)崿F(xiàn)交流電和直流電之間 的轉(zhuǎn)換。
3. -種使用如權(quán)利要求1所述試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，其特征在于：所述試驗(yàn)方法包括 如下步驟： 步驟1 :啟動(dòng)第一電能回饋逆變器，并控制直流母線電壓為第一設(shè)定值； 步驟2 :控制第一電能回饋逆變器的直流母線電壓上升，電壓控制目標(biāo)為第二設(shè)定值； 步驟3 :第二電能回饋逆變器檢測(cè)到直流電壓超過第三設(shè)定值后，開始啟動(dòng)，電壓控制 目標(biāo)為第一設(shè)定值； 步驟4 :等待直流電壓穩(wěn)定，且持續(xù)特定時(shí)間后，控制第一電能回饋逆變器的直流母線 電壓下降，電壓控制目標(biāo)為第一設(shè)定值，直到直流電壓穩(wěn)定在第一設(shè)定值；所述特定時(shí)間的 范圍在5秒到30秒之間。
4. 如權(quán)利要求3所述的試驗(yàn)方法，其特征在于：所述試驗(yàn)方法中直流電壓的第一設(shè)定 值小于第三設(shè)定值，第三設(shè)定值小于第二設(shè)定值。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK104155553SQ201410398420
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月13日
【發(fā)明者】楊浩, 王宇, 石巍, 方太勛, 劉為群, 沈全榮 申請(qǐng)人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司