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、主要技術要求、特點。在地

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

節能和整流效果良好。

關鍵詞：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

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

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

負極母線，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１９座地下車

站；高架線１．１ ｋｍ，設ｌ座高架站。列車采用Ｂ

型車、６輛編組，設計最高行車速度為８０ ｋｍ／ｈ。

供電系統采用ｌ １０／３５ ｋＶ集中供電方式，３５ ｋＶ系

統采用大環網、大分區供電網絡。該工程設置２座

主變電所，正線設置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組并接在同一段

３５ ｋＶ母線上，其主電路拓撲結構如圖２所示。

引網采用ＤＣ ｌ ５００ Ｖ供電制式。每座牽引降壓混

合變電所設置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場效果圖

ｌ裝置構成及主接線

雙向變流回饋裝置由２面雙向變流柜、ｌ臺變

壓器、ｌ面負極隔離開關柜、ｌ面直流控制柜組成，

圖１為現場設備并柜效果圖，其中變壓器為單獨安

裝。直流控制柜通過直流ｌ ５００ Ｖ斷路器接變電所

直流母線，負極隔離開關柜接變電所直流１ ５００ Ｖ

作者簡介：陳琪．長沙市軌道交通集團有限公司，工程師，

電話：ｌ８６１３９８０１６９；

圖２雙向變流回饋裝置主電路拓撲結構圖

２逆變模塊電路

雙向變流回饋裝置的核心設備是雙向變流柜，

孫才勤．中鐵六院中鐵電氣化勘測設計研究院有限公司，工

程師；

嚴長輝．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

拓撲結構，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，結構簡單。

變流單元，每個單元設計容量為０．５ ＭＷ。雙向變

流柜由多個單元組成，當一個單元發生故障退出運

行時，雙向變流柜仍能繼續運行。

３裝置主要技術參數

該裝置主要技術參數見表ｌ。

表Ｉ 裝置主要技術參數表

項目 參數

直流側額定電壓

直流側電網電壓波動范圍

中壓交流側額定電壓

低壓交流側額定電壓

額定頻率

交流側功率因數

效率

裝置滿功率輸出響應時間

模塊間均流系數

ＤＣ １ ５００ Ｖ

ＤＣ １ ０００ Ｖ～ｌ ９５０ Ｖ

ＡＣ ３５ ｋＶ

ＡＣ ｌ ０００ Ｖ

跟蹤ＡＣ ３５ ｋＶ側電網頻率，

誤差小于±０．５％

＞Ｏ．９８

≥０．９８（額定工況）

≤１ Ｓ

＞９６％

圖３逆變模塊主電路拓撲結構圖

采用三電平模塊化設計理念有諸多優點，例

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

模塊故障系統功率損失小，維修簡便，系統恢復時 回饋裝置，其容量配置如表２所示。

間短，運營維護成本低等；該理念的另一優勢在于

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，裝置進入恒功率輸出模式，

此時裝置保持滿功率輸出，直流網壓不再受控；與

此同時，直流網壓的持續抬升會觸發相鄰站設備的

啟動，協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定值為ｌ ６７０ Ｖ。

在恒壓特性所示的虛線框內，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值附

該裝置通過實時檢測直流網壓，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，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，嚴長輝 城市軌道交通

設備的相繼協助吸收，直流網壓始終能夠控制在一

個較低的范圍內。

（２）卜垂特性。為了與整流機組共同且均勻

分擔列車牽引時所需的能量，因此必須準確獲取整

流機組的下垂特性，再將該特性輸入至裝置的主控

系統中，主控系統根據直流網壓與直流電流的對應

關系，輸出與之相應的整流功率。

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 ，能夠在列車牽

引時與變電所牽引整流機組共同為列車提供能量，

進而維持直流網壓在一個較高的數值，充分迎合列

車牽引時的機械特性，抑制直流網壓的波動，減小

直流電壓紋波，提高列車牽引供電質量。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

壓設定值為ｌ ５８０ Ｖ。在恒壓特性所示的虛線框內，

電壓始終維持在設定值附近，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

下能量從直流側流向交流側，整流模式下能量從交

流側流向直流側。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，裝置已

處于滿功率輸出狀態，此時直流網壓不再受控，雖

有下降趨勢，但直流網壓始終能夠控制在一個較高

的范圍內。

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，穩壓參

考值為１ ５８０ Ｖ：逆變模式電壓啟動值為ｌ ７ｌ０ Ｖ，

穩壓參考值為ｌ ６９０ Ｖ。當列車制動導致直流網壓

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，裝置啟動并進入逆變輸出模

式，在該模式下，裝置首先進入恒壓特性輸出，隨 半年多的運行驗證，設備運行穩定，節能效果顯著。

后進入恒功率特性輸出；當列車牽引導致直流網壓

下降至ｌ ５６０ Ｖ時，裝置啟動并進入整流輸出模式，

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，裝置同樣先后經歷了恒壓輸出與恒功

率輸出。

６結語

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，并具有

ＰＷＭ整流功能，系在國內城市軌道交通正式運營

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（上接第１６頁）

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