双向变流型再生电能吸收利用系统研究

湖南铁路科技职业技术学院的研究人员张灵芝，在2015年第6期《电气技术》杂志上撰文，针对城市轨道交通系统研究一种新的再生制动能源利用技术——双向变流型再生电能吸收利用系统，即整流装置本身既是整流器又是逆变器.

首先介绍该装置的原理、结构，讲解了系统主要三大功能即逆变回馈功能、整流牵引功能和稳压及单位功率因数控制功能，重点分析了该系统的外特性、系统保护兼容性、电网兼容性、系统功率因数、系统效率和系统整体特点，最终得出双向变流型再生电能吸收利用系统是城市轨道交通再生能源利用技术中可应用的一种更为经济、有效的解决方案的结论。

随着城市轨道交通网络的快速发展，人们在关注城市轨道交通车辆舒适性和自动化程度的同时，也逐渐意识到轨道交通的环境效益和节能问题的重要性。城市轨道交通运营过程中必然需要频繁启动和制动，传统供电系统中车辆制动时产生的多余能量都被浪费，制动能量若能加以合理利用必能产生良好的经济效益。

针对以上情况,本文以双向变流型再生电能吸收利用系统为具体对象，研究城市轨道交通再生制动能量利用技术。该系统能实现系统再生能量吸收利用单位功率因数超过95%，是一种较为经济、有效的解决方案。

1.系统概述（略）

双向变流型再生电能吸收利用系统的主要功能是在列车制动时将多余的再生制动能量反馈回交流电网，同时不仅能够抑制直流网压的大范围波动，减小直流电压纹波，提高供电质量，更重要的是还能避免列车再生制动能量在能耗电阻上的白白消耗，节约电能。整套装置额定工况下输出功率因数大于0.98，额定工况下整套设备效率超过95%。

图1 系统工作原理图

2.系统功能（略）

双向变流型再生电能吸收利用装置主要具有逆变回馈功能、整流牵引功能、稳压功能等功能，能在列车制动时将多余的再生制动能量反馈回交流中压电网，并且还可在列车牵引时与变电所牵引整流机组共同为列车提供能量。

同时该装置还可以抑制直流网压的波动，减小直流电压纹波，提高牵引供电质量。同时本装置还具有单位功率因数控制、逻辑控制功能、保护功能、通信功能、显示功能、数据采集及存储功能、联锁与联跳功能、试验功能等辅助功能项。这里主要介绍逆变回馈功能、整流牵引功能和稳压及单位功率因数控制功能。

3.系统特性（略）

除了系统外特性、系统保护兼容性、电网兼容性、系统功率因数、系统效率5点系统特性，双向变流型再生吸收利用系统具有如下整体特点：

（1）双向变流型再生吸收利用系统采用城轨车辆牵引系统所用的大功率牵引级IGBT器件，过载能力强，在间歇工作制（30s/120s）时最高过载可达到200%；牵引级IGBT比工业等级IGBT在工艺流程方面更加严格，如在晶圆测试、硅片测试、封装及整件测试方面，均体现其质量安全可靠，确保系统高可靠性、高功率密度、节能率高等特点。

（2）双向变流型再生吸收利用系统集能量回馈、牵引供电、提高供电品质等多种功能于一体，设备利用率高，供电系统大大简化。

（3）双向变流型再生吸收利用装置在回馈模式时，因短时过载能力强，在地铁负载间歇工作制下，节能率高，本产品在某地铁正线进行了近1年运营考核，平均节能率达到38%。

（4）双向变流型再生吸收利用系统采用了多重化并联技术，提高系统输出电能质量，保证系统与既有电网良好兼容性。

（5）双向变流型再生吸收利用系统采用轴向多分裂变压器技术，提高系统抗故障失效能力，增强系统与既有变电所供电系统的保护兼容性。

（6）双向变流型再生吸收利用系统采用了完善的外特性控制技术，提供多种控制方式，实现系统整流与逆变工况之间平滑过渡，以及与既有整流机组之间能量的自动分配。

（7）双向变流型再生吸收利用系统采用基于功率组件的系统设计理念，可实现快速的维护维修，最大限度减少设备停机时间；

（8）双向变流型再生吸收利用系统实现了基于以太网的实时数据采集与记录，可实现系统运行状态的实时监控，以及智能故障诊断。

4. 结论

综上所述，双向变流型再生电能吸收利用系统具有能量双向流动，输出特性可控，功率因数可调等显著优点，不仅能够实现列车制动能量的再生利用，取代能耗电阻，达到节能减排的目的，还能减小直流电压波动范围及纹波，提高供电品质。

此外，还可以对中压环网进行无功补偿，提高系统功率因数。整套系统技术先进、性能可靠，结合工程实际需要，采取合理的应用方案，可以发挥其巨大的技术优势，获得良好的投资回报，市场前景非常广阔。因此，双向变流型再生电能吸收利用系统是解决城市轨道交通再生能源利用问题的一种较为经济、有效的解决方案。