長沙地鐵1號線雙向變流型再生電能吸收裝置

長沙地鐵１號線雙向變流型再生電．ｔ ，ｔ￣ｒｒ收裝置 及陳琪，孫才勤，嚴(yán)長輝 城市軌道交通

長沙地鐵１號線雙向變流型再生電能吸收裝置

陳 琪，孫才勤，嚴(yán)長輝

摘 要：介紹了長沙地鐵１號線雙向變流型再生電能吸收利用裝置的組成、功能、主要技術(shù)要求、特點。在地

鐵工程中采用基于該裝置的節(jié)能方案同時還增加了整流機(jī)組的輸出功率。通過實際運行驗證，裝置運行穩(wěn)定，

節(jié)能和整流效果良好。

關(guān)鍵詞：地鐵；雙向變流：再生電能：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

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ｅｆｆｅｃｔｓ．

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

中圖分類號：Ｕ２３１．８ 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ｂ 文章編號：１００７—９３６Ｘ（２０１７）０３．００２１．０４

負(fù)極母線，變壓器通過４０．５ ｋＶ ＧＩＳ接變電所３５ ｋＶ

０ 引言

長沙地鐵１號線一期工程線路全長約

２３．６２７ ｋｍ，其中地下線２２．３ ｋｍ，設(shè)１９座地下車

站；高架線１．１ ｋｍ，設(shè)ｌ座高架站。列車采用Ｂ

型車、６輛編組，設(shè)計最高行車速度為８０ ｋｍ／ｈ。

供電系統(tǒng)采用ｌ １０／３５ ｋＶ集中供電方式，３５ ｋＶ系

統(tǒng)采用大環(huán)網(wǎng)、大分區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)。該工程設(shè)置２座

主變電所，正線設(shè)置９座牽引降壓混合變電所，牽

母線。雙向變流同饋裝置和整流機(jī)組并接在同一段

３５ ｋＶ母線上，其主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖２所示。

引網(wǎng)采用ＤＣ ｌ ５００ Ｖ供電制式。每座牽引降壓混

合變電所設(shè)置１套雙向變流型再生電能吸收利用

裝置（以下簡稱雙向變流回饋裝置）。該工程已于

２０１６年６月２８日開通試運營，雙向變流回饋裝置

同時全部投入運行。

１ 烈向變流回饋裝置現(xiàn)場效果圖

ｌ裝置構(gòu)成及主接線

雙向變流回饋裝置由２面雙向變流柜、ｌ臺變

壓器、ｌ面負(fù)極隔離開關(guān)柜、ｌ面直流控制柜組成，

圖１為現(xiàn)場設(shè)備并柜效果圖，其中變壓器為單獨安

裝。直流控制柜通過直流ｌ ５００ Ｖ?jǐn)嗦菲鹘幼冸娝?

直流母線，負(fù)極隔離開關(guān)柜接變電所直流１ ５００ Ｖ

作者簡介：陳琪．長沙市軌道交通集團(tuán)有限公司，工程師，

電話：ｌ８６１３９８０１６９；

圖２雙向變流回饋裝置主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

２逆變模塊電路

雙向變流回饋裝置的核心設(shè)備是雙向變流柜，

孫才勤．中鐵六院中鐵電氣化勘測設(shè)計研究院有限公司，工

程師；

嚴(yán)長輝．湖南恒信電氣有限公司，工程師。

雙向變流柜采用模塊化設(shè)計，變流模塊采用三電平

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城市軌道交通 電氣化鐵道 ２０１７年第３期

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖３所示。每個模塊都是一個完整的

整套裝置對變壓器無特殊要求，結(jié)構(gòu)簡單。

變流單元，每個單元設(shè)計容量為０．５ ＭＷ。雙向變

流柜由多個單元組成，當(dāng)一個單元發(fā)生故障退出運

行時，雙向變流柜仍能繼續(xù)運行。

３裝置主要技術(shù)參數(shù)

該裝置主要技術(shù)參數(shù)見表ｌ。

表Ｉ 裝置主要技術(shù)參數(shù)表

項目 參數(shù)

直流側(cè)額定電壓

直流側(cè)電網(wǎng)電壓波動范圍

中壓交流側(cè)額定電壓

低壓交流側(cè)額定電壓

額定頻率

交流側(cè)功率因數(shù)

效率

裝置滿功率輸出響應(yīng)時間

模塊間均流系數(shù)

ＤＣ １ ５００ Ｖ

ＤＣ １ ０００ Ｖ～ｌ ９５０ Ｖ

ＡＣ ３５ ｋＶ

ＡＣ ｌ ０００ Ｖ

跟蹤ＡＣ ３５ ｋＶ側(cè)電網(wǎng)頻率，

誤差小于±０．５％

＞Ｏ．９８

≥０．９８（額定工況）

≤１ Ｓ

＞９６％

圖３逆變模塊主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

采用三電平模塊化設(shè)計理念有諸多優(yōu)點，例

如：諧波含量小，模塊化設(shè)計容量需求及擴(kuò)容方便， 長沙地鐵ｌ號線一期工程共設(shè)置９套雙向變流

模塊故障系統(tǒng)功率損失小，維修簡便，系統(tǒng)恢復(fù)時 回饋裝置，其容量配置如表２所示。

間短，運營維護(hù)成本低等；該理念的另一優(yōu)勢在于

４裝置容量

表２長沙地鐵１號線一期工程雙向變流回饋裝置容量配置表

３０ Ｓ短時功率是根據(jù)雙向變流回饋裝置的運

行特性提出的間歇工作制功率要求。 （２）恒功率特性。當(dāng)列車制動的回饋能量超

抬升及大幅波動。

５功能介紹

雙向變流回饋裝置具有牽引整流與制動逆變２

種功能。

５．１逆變模式

過裝置的最大容量時，裝置進(jìn)入恒功率輸出模式，

此時裝置保持滿功率輸出，直流網(wǎng)壓不再受控；與

此同時，直流網(wǎng)壓的持續(xù)抬升會觸發(fā)相鄰站設(shè)備的

啟動，協(xié)助吸收多余的制動能量。

圖４為典型的逆變吸收波形圖。裝置啟動電壓

為ｌ ６９０ Ｖ，恒壓特性下的電壓設(shè)定值為ｌ ６７０ Ｖ。

在恒壓特性所示的虛線框內(nèi)，電壓既無大幅波動，

也無明顯上升趨勢，自始至終恒定在某一數(shù)值附

該裝置通過實時檢測直流網(wǎng)壓，在列車制動時

將多余的再生制動能量反饋到交流中壓電網(wǎng)，在逆

變模式下，該裝置具備恒壓與恒功率２種典型的輸

出特性。

（１）恒壓特性。當(dāng)列車制動的回饋能量在裝

長沙地鐵１號線雙向變流型再生電能吸收裝置 陳琪，孫才勤，嚴(yán)長輝 城市軌道交通

設(shè)備的相繼協(xié)助吸收，直流網(wǎng)壓始終能夠控制在一

個較低的范圍內(nèi)。

（２）卜垂特性。為了與整流機(jī)組共同且均勻

分擔(dān)列車牽引時所需的能量，因此必須準(zhǔn)確獲取整

流機(jī)組的下垂特性，再將該特性輸入至裝置的主控

系統(tǒng)中，主控系統(tǒng)根據(jù)直流網(wǎng)壓與直流電流的對應(yīng)

關(guān)系，輸出與之相應(yīng)的整流功率。

圖６為下垂輸出特性波形圖，裝置啟動電壓為

ｌ ６００ Ｖ，下垂輸出特性啟動較為頻繁，輸出過程

持續(xù)時間長，其輸出功率隨著電壓的下降而增大，

隨著電壓的卜－升而減小。

４逆變吸收波形

５．２整流模式

該裝置通過實時檢測直流網(wǎng) ，能夠在列車牽

引時與變電所牽引整流機(jī)組共同為列車提供能量，

進(jìn)而維持直流網(wǎng)壓在一個較高的數(shù)值，充分迎合列

車牽引時的機(jī)械特性，抑制直流網(wǎng)壓的波動，減小

直流電壓紋波，提高列車牽引供電質(zhì)量。在整流模

式下，裝置不僅具備恒壓恒功率輸出特性，同時還

具備下垂輸出特性。

（１）恒壓恒功率特性。整流模式下的恒壓恒

功率特性與逆變時一致。圖５為典型的整流輸出波

形圖。裝置啟動電壓為ｌ ５６０ Ｖ，恒壓特性下的電

壓設(shè)定值為ｌ ５８０ Ｖ。在恒壓特性所示的虛線框內(nèi)，

電壓始終維持在設(shè)定值附近，并無明顯跌落趨勢及

Ｉ鍘６ Ｆ垂輸出波形

５．３逆變與整流模式

逆變模式與整流模式是相互獨立的，逆變模式

下能量從直流側(cè)流向交流側(cè)，整流模式下能量從交

流側(cè)流向直流側(cè)。２種模式不能同時運行，在運行

某種模式前，必須先退出另一種模式。２種模式隨

著直流『ｘ］ｘ壓的變化而自動切換，如圖７所示。

大幅波動；在恒功率特性所示的虛線框內(nèi)，裝置已

處于滿功率輸出狀態(tài)，此時直流網(wǎng)壓不再受控，雖

有下降趨勢，但直流網(wǎng)壓始終能夠控制在一個較高

的范圍內(nèi)。

圈７整流 逆變輸ＩＨｌ波形Ｉ利

圖７中整個波形為整流與逆變的完整工作過

程。裝置整流模式電壓啟動值為ｌ ５６０ Ｖ，穩(wěn)壓參

考值為１ ５８０ Ｖ：逆變模式電壓啟動值為ｌ ７ｌ０ Ｖ，

穩(wěn)壓參考值為ｌ ６９０ Ｖ。當(dāng)列車制動導(dǎo)致直流網(wǎng)壓

５整流輸｛ｌｊ波形

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城市軌道交通 電氣化鐵道 ２０１７年第３期

升高超過１ ７ｌＯ Ｖ時，裝置啟動并進(jìn)入逆變輸出模

式，在該模式下，裝置首先進(jìn)入恒壓特性輸出，隨 半年多的運行驗證，設(shè)備運行穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著。

后進(jìn)入恒功率特性輸出；當(dāng)列車牽引導(dǎo)致直流網(wǎng)壓

下降至ｌ ５６０ Ｖ時，裝置啟動并進(jìn)入整流輸出模式，

線路中首次全線采用，具有極大的示范作用。通過

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在該模式下，裝置同樣先后經(jīng)歷了恒壓輸出與恒功

率輸出。

６結(jié)語

長沙地鐵１號線所采用的雙向變流回饋裝置，

可將列車再生制動電能回饋至３５ ｋＶ電網(wǎng)，并具有

ＰＷＭ整流功能，系在國內(nèi)城市軌道交通正式運營

分析 ．城市軌道交通研究，２００７，１０（６）：４２－４５．

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收稿日期：２０１７－０３．０３

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（上接第１６頁）

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