长沙地铁1号线双向变流型再生电能吸收装置

长沙地铁１号线双向变流型再生电．ｔ ，ｔ￣ｒｒ收装置 及陈琪，孙才勤，严长辉 城市轨道交通

长沙地铁１号线双向变流型再生电能吸收装置

陈 琪，孙才勤，严长辉

摘 要：介绍了长沙地铁１号线双向变流型再生电能吸收利用装置的组成、功能、主要技术要求、特点。在地

铁工程中采用基于该装置的节能方案同时还增加了整流机组的输出功率。通过实际运行验证，装置运行稳定，

节能和整流效果良好。

关键词：地铁；双向变流：再生电能：吸收利用

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ｍａｉｎ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ

ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｖｅｎｅｒ ｔｙｐｅ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｅｎｅｒｇｙ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ｌｉｎｅ １ ｏｆ Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｓｕｂｗａ￣Ｔｈｉｓ ｄｅｖｉｃｅ・ｂａｓｅｄ

ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｂｗａｙ ｐｒｏｊｅｃｔ ｈａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｃｔｉｉｆｅｒ ｓｅｔｓ ａｓ ｗｅｌ１．Ｔｈｅ

ａｃｔｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ｉｓ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｔａｂｌｙ ａｎｄ ｈａｓ ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ

ｅｆｆｅｃｔｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｕｂｗａｙ；ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｖｅｎｉｎｇ；ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｅｎｅｒｇｙ；ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ

中图分类号：Ｕ２３１．８ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００７—９３６Ｘ（２０１７）０３．００２１．０４

负极母线，变压器通过４０．５ ｋＶ ＧＩＳ接变电所３５ ｋＶ

０ 引言

长沙地铁１号线一期工程线路全长约

２３．６２７ ｋｍ，其中地下线２２．３ ｋｍ，设１９座地下车

站；高架线１．１ ｋｍ，设ｌ座高架站。列车采用Ｂ

型车、６辆编组，设计最高行车速度为８０ ｋｍ／ｈ。

供电系统采用ｌ １０／３５ ｋＶ集中供电方式，３５ ｋＶ系

统采用大环网、大分区供电网络。该工程设置２座

主变电所，正线设置９座牵引降压混合变电所，牵

母线。双向变流同馈装置和整流机组并接在同一段

３５ ｋＶ母线上，其主电路拓扑结构如图２所示。

引网采用ＤＣ ｌ ５００ Ｖ供电制式。每座牵引降压混

合变电所设置１套双向变流型再生电能吸收利用

装置（以下简称双向变流回馈装置）。该工程已于

２０１６年６月２８日开通试运营，双向变流回馈装置

同时全部投入运行。

１ 烈向变流回馈装置现场效果图

ｌ装置构成及主接线

双向变流回馈装置由２面双向变流柜、ｌ台变

压器、ｌ面负极隔离开关柜、ｌ面直流控制柜组成，

图１为现场设备并柜效果图，其中变压器为单独安

装。直流控制柜通过直流ｌ ５００ Ｖ断路器接变电所

直流母线，负极隔离开关柜接变电所直流１ ５００ Ｖ

作者简介：陈琪．长沙市轨道交通集团有限公司，工程师，

电话：ｌ８６１３９８０１６９；

图２双向变流回馈装置主电路拓扑结构图

２逆变模块电路

双向变流回馈装置的核心设备是双向变流柜，

孙才勤．中铁六院中铁电气化勘测设计研究院有限公司，工

程师；

严长辉．湖南恒信电气有限公司，工程师。

双向变流柜采用模块化设计，变流模块采用三电平

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城市轨道交通 电气化铁道 ２０１７年第３期

拓扑结构，如图３所示。每个模块都是一个完整的

整套装置对变压器无特殊要求，结构简单。

变流单元，每个单元设计容量为０．５ ＭＷ。双向变

流柜由多个单元组成，当一个单元发生故障退出运

行时，双向变流柜仍能继续运行。

３装置主要技术参数

该装置主要技术参数见表ｌ。

表Ｉ 装置主要技术参数表

项目 参数

直流侧额定电压

直流侧电网电压波动范围

中压交流侧额定电压

低压交流侧额定电压

额定频率

交流侧功率因数

效率

装置满功率输出响应时间

模块间均流系数

ＤＣ １ ５００ Ｖ

ＤＣ １ ０００ Ｖ～ｌ ９５０ Ｖ

ＡＣ ３５ ｋＶ

ＡＣ ｌ ０００ Ｖ

跟踪ＡＣ ３５ ｋＶ侧电网频率，

误差小于±０．５％

＞Ｏ．９８

≥０．９８（额定工况）

≤１ Ｓ

＞９６％

图３逆变模块主电路拓扑结构图

采用三电平模块化设计理念有诸多优点，例

如：谐波含量小，模块化设计容量需求及扩容方便， 长沙地铁ｌ号线一期工程共设置９套双向变流

模块故障系统功率损失小，维修简便，系统恢复时 回馈装置，其容量配置如表２所示。

间短，运营维护成本低等；该理念的另一优势在于

４装置容量

表２长沙地铁１号线一期工程双向变流回馈装置容量配置表

３０ Ｓ短时功率是根据双向变流回馈装置的运

行特性提出的间歇工作制功率要求。 （２）恒功率特性。当列车制动的回馈能量超

抬升及大幅波动。

５功能介绍

双向变流回馈装置具有牵引整流与制动逆变２

种功能。

５．１逆变模式

过装置的最大容量时，装置进入恒功率输出模式，

此时装置保持满功率输出，直流网压不再受控；与

此同时，直流网压的持续抬升会触发相邻站设备的

启动，协助吸收多余的制动能量。

图４为典型的逆变吸收波形图。装置启动电压

为ｌ ６９０ Ｖ，恒压特性下的电压设定值为ｌ ６７０ Ｖ。

在恒压特性所示的虚线框内，电压既无大幅波动，

也无明显上升趋势，自始至终恒定在某一数值附

该装置通过实时检测直流网压，在列车制动时

将多余的再生制动能量反馈到交流中压电网，在逆

变模式下，该装置具备恒压与恒功率２种典型的输

出特性。

（１）恒压特性。当列车制动的回馈能量在装

长沙地铁１号线双向变流型再生电能吸收装置 陈琪，孙才勤，严长辉 城市轨道交通

设备的相继协助吸收，直流网压始终能够控制在一

个较低的范围内。

（２）卜垂特性。为了与整流机组共同且均匀

分担列车牵引时所需的能量，因此必须准确获取整

流机组的下垂特性，再将该特性输入至装置的主控

系统中，主控系统根据直流网压与直流电流的对应

关系，输出与之相应的整流功率。

图６为下垂输出特性波形图，装置启动电压为

ｌ ６００ Ｖ，下垂输出特性启动较为频繁，输出过程

持续时间长，其输出功率随着电压的下降而增大，

随着电压的卜－升而减小。

４逆变吸收波形

５．２整流模式

该装置通过实时检测直流网 ，能够在列车牵

引时与变电所牵引整流机组共同为列车提供能量，

进而维持直流网压在一个较高的数值，充分迎合列

车牵引时的机械特性，抑制直流网压的波动，减小

直流电压纹波，提高列车牵引供电质量。在整流模

式下，装置不仅具备恒压恒功率输出特性，同时还

具备下垂输出特性。

（１）恒压恒功率特性。整流模式下的恒压恒

功率特性与逆变时一致。图５为典型的整流输出波

形图。装置启动电压为ｌ ５６０ Ｖ，恒压特性下的电

压设定值为ｌ ５８０ Ｖ。在恒压特性所示的虚线框内，

电压始终维持在设定值附近，并无明显跌落趋势及

Ｉ铡６ Ｆ垂输出波形

５．３逆变与整流模式

逆变模式与整流模式是相互独立的，逆变模式

下能量从直流侧流向交流侧，整流模式下能量从交

流侧流向直流侧。２种模式不能同时运行，在运行

某种模式前，必须先退出另一种模式。２种模式随

着直流『ｘ］ｘ压的变化而自动切换，如图７所示。

大幅波动；在恒功率特性所示的虚线框内，装置已

处于满功率输出状态，此时直流网压不再受控，虽

有下降趋势，但直流网压始终能够控制在一个较高

的范围内。

圈７整流 逆变输ＩＨｌ波形Ｉ利

图７中整个波形为整流与逆变的完整工作过

程。装置整流模式电压启动值为ｌ ５６０ Ｖ，稳压参

考值为１ ５８０ Ｖ：逆变模式电压启动值为ｌ ７ｌ０ Ｖ，

稳压参考值为ｌ ６９０ Ｖ。当列车制动导致直流网压

５整流输｛ｌｊ波形

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城市轨道交通 电气化铁道 ２０１７年第３期

升高超过１ ７ｌＯ Ｖ时，装置启动并进入逆变输出模

式，在该模式下，装置首先进入恒压特性输出，随 半年多的运行验证，设备运行稳定，节能效果显著。

后进入恒功率特性输出；当列车牵引导致直流网压

下降至ｌ ５６０ Ｖ时，装置启动并进入整流输出模式，

线路中首次全线采用，具有极大的示范作用。通过

参考文献：

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统中的应用［Ｊ］．都市快轨交通，２ｏｌ４，２７（４）：１０９—１１２．

［２］苏鹏程，王彦峥．城市轨道交通再生电能的吸收与利用

在该模式下，装置同样先后经历了恒压输出与恒功

率输出。

６结语

长沙地铁１号线所采用的双向变流回馈装置，

可将列车再生制动电能回馈至３５ ｋＶ电网，并具有

ＰＷＭ整流功能，系在国内城市轨道交通正式运营

分析 ．城市轨道交通研究，２００７，１０（６）：４２－４５．

［３】曾建军，林知明，郭万岭．地铁再生制动能量吸收装置

．

电气化铁道，２００８（６）：４４＿４７．

收稿日期：２０１７－０３．０３

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（上接第１６页）

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