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城市轨道动车再生制动能量吸收装置的研制


北京交通大学 硕士学位论文 城市轨道动车再生制动能量吸收装置的研制 姓名:孙延焕 申请学位级别:硕士 专业:电气工程 指导教师:刘志刚 20060501

Y 8.782&1
北京交通大学:[程硕士专业学位论文 中文摘要

中文摘要

本文论述了城市轨道交通车辆地面再生制动吸收装置的作用、发展历程、 吸收控制

原理,选取了适合重庆轻轨2撑线二期工程的再生制动吸收方案。根 据绝缘栅双极晶体管(IGBT)的特点,设计了设备主回路,对主要元件的选择 进行了设计计算,并对再生制动吸收装置与轨道车辆的配合容量进行了分析、 计算。为保证系统能有效地工作,提高系统动态响应速度并减少谐波对供电网

络造成的影响,本系统采用了P1】|『M斩波调节技术,并用上、下两级计算机实现
了这种控制。 下位机系统以Intel的McS一96系列的80C196KC为中央处理单元,实现系 统的逻辑控制、数据采集、吸收条件判断、斩波调节计算和与上位机的联系; 上位机采用标准的工业控制计算机,实现系统的管理、数据存贮、参数设置、 人机交互、通讯管理,并通过Rs485总线实现与scADA系统的通讯。 用Microsoft
Visual Basic

6.0编写了上位机程序。该程序为纯32位WINDOWS

程序,可运行于当今流行的wINDows95/98/NT/2000平台,具有介面美观,操 作简便的优点。 在前面的基础上,对吸收装置进行了试验,试验结果表明本装置满足设计 要求,实现了地铁列车制动能量的有效吸收。最后,本文对装置的土建、机械 和电气安装进行了说明。

关键词:再生制动、能量吸收、人机接口、IGBT、80c196Kc、VB

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ABSTRACT

ABSTRACT

T11is paper dcscribes t11e

f曲c石ons,develop

11istory a11d廿1eory of regenerate

bm垃培ene唱y-absorb
desi即ed
for t11e second

system fbr city rail train,a resistance—absorb—system is

project

of chongqing NO.2 railway Thc system adopts

IGBT for t11e

m血circuit

and the

m血circuit

device

par锄eters

aIld也e power

capac时arc

also analyzed and calculated.To meet t11e
as

desi印demand,PWM
are

techlology is used,aS、veU

the host and me clim system,、vhich

connected

t11rou曲RS485 bus.
The clint is based
on

80c1 96KC produced by 111tel,which

can

be used to

realize the logic con仃01,data acquisi廿on,condition determination,dala saVin岛

par锄eter
realized

sett血g,mall-machine

interfke,commuIlication,etc.The

host is

by

VB6.0,which is suitable for thc
as

WINDOWS based—on system,and has

the advamages such

simple,衔endly,etc.
are

The expe ri:mental wavefomls

given aner the work done before,and the

experimental results indicateⅡlat this absorb—system meets the design demand a11d works well.Finally,也e ci、,il given to mect the

design,mechanical锄d

electrical desigIls

are

also

rcal畸project dem肋d.

Keywords:

regen蹦她bmkillg,ene玛y—absorb,man-machme砬em【ce,IGBT,

80C196KC.VB



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第一章概述

地铁作为一种大运量、高密度的交通工具在城市公共交通中扮演着越来 越重要的角色,目前世界上许多城市都已开通或正在建设地铁。据统计,目 前世界上3 5个国家和地区近8 0个城市己修建了地铁,线路总长度达5
0 O

0多公里。我国地铁如今也有很大的发展,北京、天津、上海、广州、

深圳、南京、沈阳、长春、哈尔滨、青岛、大连、重庆、武汉、杭州、合肥 等十几个城市已有、在建或计划发展城市轨道交通。作为一种城市交通工具, 地铁客车在运行中既要频繁地启动加速,又需要频繁地制动减速,直至靠站 停车。在正常情况下,约在120s左右的时间内就要经历一次从起动到制动的 过程。因此,地铁客车制动的可靠性和可控性对地铁运行的安全性和停站的 准确性具有特别重要的意义。 随着我国城市轨道交通建设的迅速发展,地铁及轻轨电动客车控制技术 也得到长足的进步。目前应用得较为广泛的调速技术主要有直流斩波调压、 再生一电阻制动系统,交流VVVF变频变压调速、再生电制动系统。 地铁列车运行具有站问运行距离短、运行速度较高、起动及制动频繁等 特点。地铁车辆的制动一般有电制动即(再生制动)和空气制动两级制动, 运行中以再生制动为主,空气制动为辅。在列车运行速度较高时,使用再生 制动,当列车减速到一定速度再生制动不起作用时,使用空气制动。传统的 再生制动做法是将再生制动电阻装设在车辆底部,当再生电阻不再起作用时 采用空气制动。这种做法的缺点是再生电阻产生的大量热量散发在地铁隧道 内,加剧了地铁洞体的温升,提高了对通风系统的要求,空气制动时将产生 大量粉尘,造成环境污染。与再生电能回收技术相比同时又加大了车辆的维

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修工作量、增加了运营成本。 牵引电站再生制动能量吸收设备是城轨交通供电控制系统的重要组成部 分,对抑制地铁洞内温升、减少车载设备、减小车辆维修量带来了较大的便

利。原地铁、轻轨车辆电制动采用再生制动或再生一电阻制动模式,对于车
流密度不大的线路,再生制动功能得不到充分发挥,造成气制动投入频繁, 使得洞内或沿线闸瓦灰尘较多,严重污染环境,且造成地铁隧道内温度不断 升高。同时为了减少电阻制动逸散在洞内的温度,工程中不得不加大洞内排、 通风量或增大空调功率,造成工程建设费用及运营费用昂贵。再生制动吸收 就是在牵引电站设置集中吸收设备,使车辆再生能量消耗在地面空间。 目前,实现再生制动通常有三种做法:再生电能电阻吸收制动、再生电 能存储制动和再生电能回馈制动。日本一些地铁公司及我国北京地铁车辆厂 就采用再生电能电阻吸收制动方式,其实质上是将原来装设在地铁车辆上的 吸收电阻装设在牵引变电所内,把吸收电阻支路接在变电所直流母线上。这 套装置由隔离开关、快速断路器、滤波装置、吸收电阻、IGBT斩波器、续流 二极管、电流电压互感器、工控机及壁雷器装置等构成。其工作原理是先使 控制系统投入工作,微机控制系统自动检测各个传感器的信号,根据各系统 不同情况来设置再生电能装置投入运行的条件,一旦控制系统判定再生电能 吸收装置需要投入,斩波器马上投入,吸收电阻开始吸收再生电能。其系统 原理框图如图卜1所示。

L一一一一一一一一一一一‘堡些茎!一一J

图卜1再生制动能量电阻吸收装置原理框图


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Fig.1?1 Schematic block dia掣aIn ofresistance-absorbed eqllipmem fbr regenerated br砒∞

欧洲一些国家的做法是将再生电能回馈至交流供电系统,其主要工作单 元是脉冲整流器单元。其工作原理是控制系统根据真流牵引电网网压、电流

方向等控制条件,控制系统判定列车处于再生电能制动工况时,再生电能回
馈装置需要投入运行,则脉冲整流器投入工作回路。将列车再生制动电能由 直流电转换为与系统等电压、同频率、同相位的交流电供给变电站其他负荷。 其系统原理图如图卜2所示。



L一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一J

图卜2再生制动能量同馈装置原理框图
Fig.1-2 Schematic block

diagr撇ofene曙y—f酣equipment

forregenerated br出∞

西门子公司推出的sITRAs8 sES能量回收系统采用的方法是在直流母线 上接一电容器单元存储列车再生制动时产生的能量,如图卜3所示。当控制系 统判定线路上有制动车辆产生再生电能时,接在直流母线上的电容器组处于 工作状态,将列车再生制动电能存储在电容器组中,当过一段时间牵引网上 又有列 车时的列车动能转换为再生电能,该装置能将列车再生电能存储在电容器组 中,列车制动时动能约为列车能量消耗的40%,如能全部回收利用,效果相


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当可观。列车牵引用电时,存储在电容器组的电能可以释放出来供给牵引列 车。电容器采用双层电容器,控制技术采用最新的IGBT控制技术。

吸收装置
图卜3采用电容器的能量存储装置原理框图
Fig.1—3 Schcmatic block diagram ofenergy—stored equipmem by capacjtor

另外,当采用吸收一储能一回馈这种方式来实现再生能回馈制动时, 以飞轮储能作储能装置,也不失为一种可行的方案。原理框图如图卜4 所示。

i一一一…一一一一一一一一』型喽墨一:
图1.4飞轮储能式能量吸收装景原理框图
Fig.1-4 Schematicblock

d{agr哪ofenergy-stored

equipmentbynywheel

飞轮储能技术作为一门新兴的高科技技术,由于其高效、节能、使用寿


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概述

命长以及无环境污染等优点,开始引起人们的重视。而且随着新型材料技术、 精密机械加工技术和电力电子技术的飞跃发展,飞轮储能技术越来越显示出 它巨大的优越性。日本、美国等发达国家对飞轮储能技术的开发和应用比较 多。日本已经制造出在世界上容量最大的变频调速飞轮蓄能发电系统(容量 26.5MvA,电压1100V,转速510690r/min,转动惯量710t?Ⅲ2)。飞轮储能 技术在美国发展得很成熟,他们制造出一种装置,在空转时的能量损耗达到 0.1%每小时。 本文结合重庆轻轨2#线二期工程的地铁运行状况,根据实际情况,决定 采用电阻能耗的方式进行。二号线的基本情况如下:采用跨座式轻轨车辆, 最高运行速度为75km/h,旅行速度不小于36 km/h。运营车辆采用直一交传 动方式:其牵引电动机为交流电动机,主要参数:额定功率:105Kw:额定电 压:ACllooV;车辆的制动方式为:电制动(再生制动)+空气制动(磨擦制动)。 运行中以电制动为主,空气制动为辅,并具有电制动与空气制动自动协调配合 的功能。供电系统采用110~10kV二级电压供电方式,正线接触网采用 Dcl500V,电阻柜的安装地点与供电站的距离不超过200m。在此环境下,本 文主要做了以下工作:
1、 2、

设计了适用于重庆轻轨2#线二期工程的再生制动能量消耗装置; 完成了吸收装置的主电路、控制电路、监控网络以及相关的计算和分

析,并考虑了系统的集成化、智能化和人性化设计; 3、安装调试并最终完成了吸收装置的研制和使用。 本文第二章对各种吸收回馈方案的主电路拓扑进行了分析比较,说明了本 文所采用的吸收方案;第三章对吸收装置的性能和设计原理进行了详细的分 析,包括主电路结构组成、主电路参数选择和相关的理论计算;第四章则主 要设计吸收装置的控制系统,包括控制电路、软件设计,同时作为系统智能 化、人性化的重要组成部分,第四章详细设计了系统的监控系统和人机接口;



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在前面章节的基础上,第五章概括介绍了吸收装置的机械组成和电气、土建 安装;第六章是本文的结论,总结归纳了本文的设计思想和意义以及所做的 工作。

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方案选择

第二章方案选择

由第一章概述可知,根据目前所掌握的技术水平,吸收装置采用消耗或回 收的方式比较合适,主电路形式也多种多样,本章拟就吸收装置的主电路形式 进行比较论述。


2.1斩波调阻方式
再生制动回馈的能量通过多相IGBT斩波恒压吸收方式直接消耗在吸收电
阻上,其原理如图2—1所示。



图2一l多相斩波阑阻恒压吸收原理图
Fig 2—1

Schemtic

diag:ram

of m1】1tj一1 evel resistance—chop口cr mode

该吸收装置方式具有四个独立的吸收电阻支路,每一支路由一个IGBT斩 波器拧制,构成四相不重恒压吸收控制系统,并且可以根据容量需要增减并联 之路数。每一路斩波器主要由吸收电阻(R1~R4)、IGBT斩波器(Tl~T4)、 续流二极管组成。 这种吸收方式结构简单可靠,增减吸收容量方式简单,具有多年的运营经 这种吸收方式结构简单可靠,增减吸收容量方式简单,具有多年的运营经

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方案选择

验,技术成熟,方便实现。但这种方式主要以电阻耗能为主,大量的电能消耗 在电阻上,在能源日益紧张的现代社会显然不是最佳方式。

2.2再生能量回馈方式

与传统的电阻恒压吸收方式相比,回馈方式主要优点是: >将再生回馈的电能回馈到电网,避免了大量的电能消耗在电阻上,节 能效果好,经济效益高,同时降低了环境温度: >体积小、重量轻。由于该装置没有把再生的功率变成热量,因此不必 使用体积庞大的电阻箱及冷却设备,因而节约了安装空间: >采用先进的控制方法将直流电逆变成工频交流电回馈到交流电网,效 率高,谐波含量低,功率因数高(近似为1或一1),减少谐波抑制器和功率补 偿器的使用; 将再生能量回馈到供电系统,必须利用电力电子装置作为功率接口电路, 常用的有如下几种变换器。

2.2.1多级H桥并联回馈变换器

电力电子器件随着容量的增大其所容许开关频率越来越低,所以在大容量 变换器中面临着器件开关频率与容量之间的矛盾,采用多重化主电路实现大容 量变换器是解决这一矛盾的较好途径。 多级H桥变换器电路原理如图2—2所示。Txx为变压器(左边为原边,右 边为副边),c和cd为支撑电容,cF与变压器副边漏感构成Lc低通滤波器。 每个开关管的反并联一个快恢复二极管,以保证续流的可靠性、减小恢复损耗。 整个系统由上、中、下三个功率变换模块(Power
conversion Module,PcM)

构成,每个PcM结构完全相同,不同的是三个部分的电压控制向量依次相差

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方案选择



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叫嘲删 图2—2多级H桥电路原理图

Fig.

2—2

Schematic

diagraIn

of叫1ti一1evel

H_bridge

circuit

20。;每部分由三个H桥构成,每个H桥独立工作,三个H桥之间电压相位依 次相差120。;每个开关管的触发信号为50Hz、180。导通型的方波;每个H 桥的两臂之间接变压器的原边,共计9个单相变压器,其中变压器T11、T12、 T13的副边由一个绕组构成,变压器T21、T22、T23、T31、T32、T33的副边 由两个绕组构成。对每个H桥进行适当的控制,就可以在变压器副边叠加出一 个十八阶梯波,等效为正弦波。 多级H桥并联变换器系统具有以下优点: ≯系统运行在功率因子约等于单位功率因素的工况下,不污染 电网,并可以对电网上的谐波进行补偿; >开关管上通过的都是方波,开关损耗小,系统效率高,可达 95%以上; ≯可以通过增加H桥的数目提高输出功率,在工程上易于实现; >电压等级较低,使开关管具有较低的dv/dt值,开关管及续流

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方案选择

二极管上的损耗较小。 但是H桥逆变器有输出变压器,使得装置体积庞大而笨重,成本大幅提高。

2.2.2

P删脉冲整流器

PwM脉冲整流器可以运行在四个象限,主电路如图2—3所示,这里采用的 是电压型PwM整流器,其特点是直流侧电压不变。所以,P1vM整流器的主要作 用是保持直流侧支撑电容两端的直流电压稳定,装置只是吸收能量,向电网侧 回馈能量,因此,整个装置单纯的工作在第一象限。一旦检测出直流侧电压高 于某个值,PwM脉冲整流器开始工作,将再生能量回馈到电网。

电网

图2—3 PwM整流器主电路原理图
Fig. 2—3 Schematic diagram of PWM rectifier circuit

主电路开关器件使用自关断器件IGBT,控制方法采用SVPwM,根据检测到 的直流侧电压状态去控制PwM整流器的工作状态,决定是否向电网回馈能量。 P1v^l脉冲整流器的主要优点: ≯对直流侧电压的控制精度高;

>交流侧线电压谐波畸变低,能获得近似正弦的电流波形,使电网的污
染减少到最小程度; >输出功率因数近似为一1.O;
14

北京交通大学工程硕士专业学11:7=论文

方案选择

≯没有相移和幅值偏差(即不存在波动现象),动态响应好; >PwM整流器输出交流电压或电流的频率、相角和幅值任意可调,采用 适当的控制方法,可以用于功率因数补偿和谐波补偿; 由于本吸收装置容量大,其吸收的最高电压接近1800V,主电路拓扑结构 如果采用传统的两电平,选用器件可能困难,也可以采用三电平电路结构,降 低器件的应力,如图2—4所示。
P .slU Vdc,2 s" ∥

Sw




.勤
图2—4三相二极管中点筘位三电平逆变器
Fig. 2—4 Three phase diode—clamped mode of three—level inverter

三电平除了可以应用于大功率系统之外,还有如下优点: ≯输出电压高。主开关器件承受的正向电压仅为母线直流电压的一半, 因此不需增加器件容量就可以提高逆变器的输出电压,且不需要均压电路; ≯输出电压波形好。在相同的开关频率下,输出电压的谐波含量小于两 电平逆变器。因此在相同的输出指标要求下,可以减小开关频率,因而减小了 开关损耗和开关应力,非常适合于电流比较大、开关频率不高的大功率器件; >电磁干扰问题大大减轻。因为开关元件一次动作的dv/dt通常只有传 统两电平逆变器的一半;

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方案选择

>效率高。消除同样谐波,两电平P_lvM控制开关频率高、损耗大,三电 平逆变器可以用较低频率进行开关动作,开关频率低,损耗小,效率提高。

2.2.3多组P删整流器并联运行

本文的吸收装置要承受的电流很高,峰值电流达到了数千安,采用一组PwM 整流器可能在选用器件上比较困难,且器件的电流等级很高,所以可以采用多 组P1vM整流器并联运行,从而可以降低开关管的电流等级,其结构原理图如图 2—5所示,这里采用的是两组P_lvM整流器并联运行。
直流母线
电网

图2—5两组PwM整流器并联运行原理图
Fig. 2—5 Schematic

diagr锄of

tw0

paralleled

PwM rectifier mode

采用两组PWM整流器并联运行,每组上承受的电流大小是原来的一半,输 出有隔离变压器,原边采用星三角连接形式。 两组PwM整流器并联运行除了具有单组PwM整流的特点之外,可以大大降 低器件的电流等级,同时可以具有更大容量的吸收能力,在此基础上还可以继 续增加并联的组数以满足更高的需要。两组P_lvM整流器并联运行,需要协同控 制,相应的控制方法控制策略也会更加复杂,同时体积成本会增加。

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方案选择

2.3比较分析

多相H并联变换器属于多重电压型逆变器,逆变器经过多重化连接,不仅 可以消除谐波,改善波形,而且扩大了输出容量,但是它需要体积庞大输出变 压器。与之相比P1vM整流器,控制方法先进,输出波形好且可调,效率高,当 主电路采用三电平甚至更多电平电路结构之后,PWM整流器将承受更高的电压 等级,提高吸收的功率。 对于本吸收装置系统,要求吸收容量很大,其电压电流都很高,若采用PWM 整流器实现则需要几套相同的装置并联使用,这样会使系统结构复杂,相应的 协调控制方法也会更加复杂。PwM整流器尤其是以多电平为主电路结构的,其 控制方法复杂。 多相斩波调阻恒压吸收装置这种吸收方式结构简单可靠,增减吸收容量方 式简单,具有多年的运营经验,技术成熟,方便实现。在本吸收装置中,最高 吸收电压为1800v,现有器件的电压电流等级完全可以满足要求,因此,采用 多相斩波调阻恒压吸收方式来实现本装置。

2.4小结

根据工程的实际情况,本文在设计吸收装置主电路的选择上对多种主电路 拓扑方式进行了比较,综合考虑各自的优缺点尤其是本身所具有的技术基础、 研发力量的前提下,最后选择了多相斩波调阻恒压吸收方式来实现本装置。具 体的设计原理将在后续章节进行详细论述。

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吸收装置原理设计

第三章吸收装置原理设计

为了满足重庆轻轨2撑线二期工程的设计要求,本文选取了多相斩波调阻恒 压吸收方式来实现本装置。本章内容包括吸收装置的运行条件、设计原理、主 电路结构以及相关的理论分析计算。

3.1吸收装置系统原理及构成

3.1.1吸收装置设备技术规格

1、使用环境条件 >海拔:不超过1200m; >环境温度:一5~+45℃; 》最湿月平均最大相对湿度不大于95%,同时月平均最低温度不大于25℃; >饱和蒸气后:日平均值不大于2.2×10—3Mpa,月平均值不大于
1.8×10_3Mpa;

>地震裂度:≤7。; >污秽等级:7级。

2、主要技术指标 ≯功率:12s短时功率:3750kw(工作周期:150s): 20s短时功率:2550KW; 持续功率:926KW; >额定工作电压:Dcl500V; >允许电网电压波动范围:DCl000V~1850V; >额定工作电流:580A,短时电流:2350A、12s,1530A、20s;峰值电流
1 R

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3200A。

吸收装置原理设计



电网电压恒定平均吸收控制值:1630V:

≯斩波器每相工作频率:150Hz; >合成频率:600Hz: >斩波器调节范围:5%≤a≤95%; >工作制:间隙工作制;

3、八辆编组时的吸收设备主要技术指标 假定条件:列车运行时间与六辆编组时相同。 >功率:12s短时功率:5000kw(工作周期:150s); 20s短时功率:3000Kw; 持续功率:1200Kw; >额定工作电压:DCl500V; >允许电网电压波动范围:DclooOv~1850V; >额定工作电流:769A,短时峰值电流:32()OA,12s;2160A,20S;峰值电 流:4170A。


电网电压恒定平均吸收控制值:1630V;

》斩波器每相工作频率:150Hz; >合成频率:600Hz: >斩波器调节范围:5%≤a≤95%; >工作制:间隙工作制;

3.1.2执行标准

1、IEc60077《电力牵引设备规则》或zBK63002《牵引电器基本技术条件》; 2、IEc60411—4《车辆用直接直流变换器》或JB5348《牵引用直流斩波器基本 技术条件》;
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吸收装置原理设计

3、IEC60322《电动车主电路中的欧姆电阻器规则》 4、IEc60439《低压开关设备和控制设备》; 5、GB50157—9《地下铁道设计规范》; 6、GB3859《半导体电力变流器》; 7、GB3906《低压系统设备绝缘配合》;

3.1.3吸收装置总体设计原则

l、采用成熟的有多年运营经验的,在北京地铁中应用的斩波调阻控制技术; 2、主要元器件及材料采用具有地铁多年成功运用经验和国内外有着广泛应用 的成熟产品,包括软件编程方法等; 3、吸收装置的容量除充分满足现有六辆编组列车的再生制动吸收外,并考虑 将来八辆编组列车情况下吸收容量的简单积木式扩展。 4、可靠性:有完善的监测和安全运行自动保护系统,整个装置内不采用任何 冷却风机。 5、直观性:用户能直观地知道装置的工作状态。 6、可维护性:装置布局结构设计充分考虑维护方便的要求。 7、采用多相IGBT斩波恒压吸收方式直接从线网上吸收多余的再生能量,消耗 在吸收电阻上。 对此吸收装置而言,其设计关键点:①如何准确快速地判断线网上有列车 处于再生制动状态且其能量不能被其他用电设备所吸收;②如何确定每个吸收 装置的吸收功率:③如何确定吸收电阻功率及其散热问题:④如何确定滤波电 感器等系统参数。确定吸收装置斩波时不对电站系统通信及信号系统产生影响 等。

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吸收装置原理设计

3.1_4系统原理及组成

1、主电路原理 如图3—1所示:主电路由电动隔离开关(Qs)、线路接触器(1KM)、滤波 装置、吸收电阻(Rwl~Rw4)、IGBT斩波器(T1~T4)、续流二极管(D1~D4)、 电流电压传感器(sAl~sA7,SVl~SV2)及避雷器等构成。
DCl500V+

图3—1主电路原理图

本装置具有四个独立的吸收电阻支路,每一支路由一个IGBT斩波器控制, 构成四相不重恒压吸收控制系统。电网电压变化由电压传感器SVl检测,牵引、 制动工况的信号由供电站提供的母线电流信号sAlO~sAll及交流侧供电交流

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吸收装置原理设计

电压信号及sVl电网电压传感器检测,送给微机控制系统,由微机控制系统综 合判断得出牵引或制动状况。 吸收装置的启动过程:启动时,先由电站室远程控制DC220V直流控制电 源的合上,当吸收设备支路断路器合上后,通过电站自动化系统发出的工作指 令信号,本设备启动电动主隔离开关,操作人员可以通过显示来判断主隔离开 关的分合状态。当Qs电动隔离开关合好,其闭合信号送入微机控制系统。随后 微机控制系统将根据sVl电网电压的大小来判断吸收装置是否工作。当电网低 于900v或高于1900V时,车辆因不具备再生条件,吸收装置不投入工作;同 时发送相应的指示信号给电站值班室等。当线网电压回到900V~1900V之间 时,微机控制系统首先合上2I(M充电接触器,给滤波电容充电,然后合上线路 接触器(1I(M),此时完成吸收装置投入工作前的准备。根据各个传感器检测信 号综合判断线网上是否有列车处于再生电制动状态。一旦确认列车处于再生制 动状态并需要吸收能量时,斩波器立即投入工作,稳定电网电压不再上升,确 保列车充分有效利用电制动。 根据设置参数要求或测定参数要求,微机控制系统进行快速的电流跟踪和 恒压控制运算。当车辆制动级位较低时,即回馈电流较小,经控制单元运算后, 调节斩波器导通比,使斩波器处于低开通状态。随着制动级位增加,控制系统

经PID实时运算,快速调节斩波器导通比,以维持电网电压的相对恒定,直至
线网电压值低于设定的吸收电压值后,关闭斩波器,等待下次车辆的再生吸收。 整个制动过程,可以根据线网电压变化及再生功率大小,实现实时控制。 吸收装置还配有热电偶温度检测功能,检测吸收电阻柜空气出口温度、斩 波器各热管温度,当发现某一环节温度过高,控制系统将自动降低吸收功率, 限制温度继续上升。直至关闭系统工作。保证吸收装置在无人监守的情况下自 动安全运行。

2、控制电路系统

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吸收装置原理设计

控制电路图是根据主电路的功能要求而设计的,由手动控制、远程微机控 制两部分组成,见附录中附图3—2~附图3—5。 控制系统的工作工程可以描述如下: >启动按钮sBsll或经继电器I(A2,线圈KMl得电自保持。KA3为微机控 制系统控制的自保持继电器触头,防止未经控制系统许可即断开控制电源。I(M1 吸收控制电源即给上。


操作电动隔离开关,启动按钮sBs2或经继电器KA5,线圈QSLA吸合,

控制电机G转动,隔离开关Qs合上,限位开关Hwl将切除KM2线圈,同时Qs 电动隔离开关辅助触头送入微机控制系统。即工作指令。 >接到微机工作指令后,微机系统将根据线网电压情况等决定是否进入 待吸收准备状态。即合支路电磁接触器1KM等。微机通过控制继电器l(A7、KA8、 KA9来控制lKM~2KM的合与断。 >主电路中的主开关闭合情况,可以通过其指示灯从柜面上或电站室内 的屏上直观看到。 >吸收装置的投入与分断:①正常投入与分断:通过钥匙开关KEY的合 与断来实现。首先合控制电源,然后合隔离开关,再合KEY,最后让微机控制 系统自动完成后面的合闸过程。分断时相反,先分断KEY,让微机控制系统分 断相应的1I(M等。然后分断隔离开关,最后分断控制电源。②强行分断:可 按sBsT4按钮强行分断1KM接触器,之后微机控制系统将通过软件自动识别并 分断所有开关。


电动隔离开关是不带负荷分断的开关,因此,电路中隔离开关的分与 Qs才能操作。

合必须受1l(M接触器的常闭点连锁,即lKM接触器分断,

3.2吸收装置的容量分析计算

吸收装置的良好设计离不开对地铁工况的准确把握和模拟计算,下厩将根

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吸收装置原理设计

据牵引电机的工作特性、牵引和制动特性进行相关的计算和分析。 3.2.1牵引电机工作特性

地铁列车牵引电机的工作特性曲线,包括牵引和制动特性曲线如图3—2~ 图3—4所示。

3.2.2吸收功率分析

1、分析原则 ◆再生制动吸收设备持续容量分析步骤 1) 2) 不小于单轨车的旅行速度范围内,进行模拟牵引计算; 根据模拟牵引计算,分析对各运行区间和上行及下行全线坡道上的抑

速制动电流和停车制动电流,换算成等效发热电流; 3) 依据; 4) 考虑适当的储备系数后估算出再生吸收设备的持续容量。 把上行或下行中的较大等效发热电流作为计算再生吸收设备容量主要

◆再生制动吸收设备反复短时工作制的短时容量分析步骤 1)进行模拟牵引计算; 2) 根据模拟牵引计算,分析对各运行区间和上行及下行全线坡道上的停

车制动电流进行分析,找出其中的最大值和可能出现的最大值;
3)

把其最大值考虑适当的储备系数后作为计算再生制动吸收设备的反复

短时工作制容量的计算依据。

2、设定条件 ◆编组:Mcl十M2+M4+M5+M3+Mc2; ◆每列车牵引电机额定功率:105Kw×18=1890Kw
24

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吸收装置原理设计

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图3 2电机特性曲线图

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吸收装置原理设计

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图3—3牵引特性图
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吸收装置原理设计

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图3—4制动特性图

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吸收装置原理设计

◆1个供电区间只有1列车运行; ◆无论在再生抑速制动还是停车过程中的再生制动,所再生的能量除吸收设 备外无其他吸收设备; ◆吸收电阻的发热时间常数足够大; ◆列车最高运行速度达到75l(In/h后情形; ◆制动初速为70Kf【I/h; ◆7级常用制动; ◆制动最高电压:DCl7:30V(吸收设备最高恒压值); ◆运行时问120S,停站30S,周期150s。

3、计算方式 以一个典型区间运行图在制动7级条件下作为分析计算条件,见图3—5所 示。



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图3—5区间运行示意图
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北京交通人学上程硕士专业学位论文

吸收装置原理设计

制动时均方根电流

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再生电网等效电流:

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其中,Ⅱ一逆变器效率 ^一功率因数 』电机一电机电流 ∥自n一电机电压 v月一网压 一个周期内制动均方根电流:

却_J等
其中,卜一制动时间 严一运行周期 牵引计算中阻力公式: 足=9.8×a×[(13+O.0425 u)w+0.0022


2]

(N)

其中,a一加速度


制动速度

w一车辆重量

4、持续功率及短时功率 上下往返运行时,各区间再生抑速制动和停车时再生制动电流值、等效电 流、可能的最大再生电网电流、见表3一l、表3—2所示,结果如下: 由制动特性可知:7级制动停车过程中的峰值电流为2190A
29

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吸收装置原理设计

制动停车过程中的均方根电流:1528A 制动停车过程中吸收设备峰值功率:2190×1730=3790Kw: 制动停车过程中吸收设备短时功率:1528×1730=2640Kw; 吸收设备均方根电流为:厶。=640A; 吸收设备持续功率:尸=926.6Kw。

5、远期八辆车编组持续功率及短时功率 由制动特性可知:7级制动停车过程中的峰值电流为3100A 制动停车过程中的均方根电流:2160A 制动停车过程中吸收设备峰值功率:3100×1730=5360Kw 制动停车过程中吸收设备短时功率:2160×1730=3740KW 吸收设备均方根电流为:厶。=800A 吸收设备持续功率:P=1230Kw

6、吸收电阻 设Ⅱ。。=O.92 ◆近期六辆车编组:四相控制 总电阻值:亓=1630V/2190A×0.92=0.67Q 每相阻值:届=O.640×4=2.50Q 每相短时功率:只=779 每相持续功率:只=232
kw kw

取O.64Q

◆远期八辆编组:取六相控制 总电阻值:庐1630V/3looAx 0.92=O.48 每相阻值:届=O.48×6=2.86Q 考虑远期在原基础上扩展,故取尼=2.5Q则总电阻庐2.5Q/6=O.42Q,对 应最大瞬时电流五=4300A
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吸收装置原理设计

每相最大电流:,。=717A 每相短时功率:只=727Kw 每相持续功率:只=205Kw ◆电阻材料 采用非磁性NiCr电阻带形成低感电阻组件

7、谐波分析 谐波分析电路图如图3—6所示

图3—6谐波分析电路图

当c的值足够大时,uc视为一恒压源,在每相负载导能时,流过各相的电 流为一恒值,记为五。对各相电流按傅立叶级数展丌可得

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吸收装置原理设计

巩=每俨0sin(一耐)拗=一鲁[cos@耐)移。=鲁(1一c。s焉)
其中,n=1,2,3,4……; n为导通比; 每相开关频率为150Hz。 每次谐波对应的幅值为

铲厢=鲁卢2焉州一s焉,2=鲁Jz—zc。s焉
综合以上各式可得相电流为

啦)=,o+∑(c。sin(H研+%)
其中,(I)=300


rad/s

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铲鲁Jz之cos焉
峨=artan(晶I/反)=artan(cot(nⅡ/300))=n/2一(nⅡ/300) 由于四个支路相位相差90。,可得总负载电流为

“归心M一≯”≯c卜争卅。+喜参卜c咖争坝,]- 4”。参cos等sin卜一争虬]
由上式可知,当n=4k(k=1,2,3,4…)时,fZ(力中不含谐波分量。 在电源端口加于L c滤波器对于n次谐波电流可等效二F谐波电流电路。 L=(xc/n)/(nxl_x。/n)×I。
f=600Hz

n为谐波次数 1rm=1/[nf/fr]2—1

fr为1.一C的谐振频率即

1/(2。√面)
35

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一般有nf/fr>>l,所以L≈(fr/nf)2Im
L≈(fr/nf)2ⅡIAⅡ/n+sin4nⅡⅡsin(n(dt十vn)

坚堕茎重堕望塑盐

=(fr/nf)22IAsin(4n aⅡ)sin(n∞t+vn)/n3Ⅱ fr=l/2丌√上C=36Hz
L=4mH C=5100uF

对应各次谐波在a=O.1,O.15,0.125,O.175,0.200,O.22j时的离 散频谱(n<10) 由以上公式可得电源的n次谐波分量幅值为:
In=(疔,,f)22×IA冗/n3
fr=36Hz f=600Hz IA=769.3A

In:17.39/n3

①对于照查信号载频:14.25KHz,调制频率:97Hz, 通频带:(14.25K±97)Hz 可以算出电源的第23,25次谐波在通频带附近.其幅值分别为:
123=1.429IIlA 工25=1.258mA

oTD信号(车上、下行方向驾驶台) 载频:13.5KHz 调制频率:112Hz 通频带:(13.jK±112)Hz 电源的第22次23次谐波在通频带中.其幅值分别为:
123=1.429rnA 122=1.633rnA

oTD信号(上行方向驾驶台) 载频:15.OkHz 调制频率:112Hz 通频带:(15.0K±“2)Hz

电源的25,26次谐波在通频带附近。
125=1.258mA 126=1.112111A

@ATP速度信息用频率上行线载频为21KHz,下行线载频为20KHz,调制频率为

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吸收装置原理设计

16Hz,19Hz,22Hz,25Hz,28Hz,31Hz,34Hz,41Hz,j4Hz,63Hz,77Hz

F巳源的34年口35

次谐波在通频带中,

134=O.442IIlA

134=0.406111A。

由上可见,由吸收电路产生的谐波分量,由电容一电感滤波器之后高次谐 波得到明显抑制,对主回路影响极小,对车上通信系统几乎没有干扰。


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电源频谱波特图a=0.1





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北京交通大学__【_:程硕士专业学位论文

吸收装置原理设计



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吸收装置原理设计





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吸收装置原理设计

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吸收装置原理设计

经上述分析,装上本滤波装置后,系统运行不受其他系统产生的电磁辐射 影响,也避免了对其他系统及设备产生较大的辐射干扰和传导干扰。 考虑到电磁兼容,本设备控制电路均设有滤波环节及屏蔽措施、IGBT驱动 线采用光缆、吸收电阻设计成低感波形电阻组件、控制电源隔离、金属外壳接 地。经两套设备的运行,采取上述措施,满足设备及系统的电磁兼容要求。设

备电磁兼容试验见设各技术条件。

3.3主要器件参数选择
IGBT元件

3.3.1

①GPl200EsM33

3300V,1200A

②每相IGBT有效电流580A/4=165A ③短时12s有效电流3600A/4=900A 总的损耗: P=%E.f(t)d

r+卢st



900×2.7+150×2.422790W

每相IGBT平均损耗户165×2.7+150×2.4=805.5w 考虑系统为自冷,故每相IGBT的散热功率按12s集中功耗考虑,取3000w 采用热管冷却散热器,型号为RMGD—C系列散热器。 3.3.2续流二极管

考虑到每相斩波频率很低(150Hz)且吸收电阻为非磁性镍铬波形结构,电 感量很小,故只要控制最大导通比不超过某一值,那么每相IGBT关断后,续流 回路因RL参数低,RL<[T(卜Ⅱ)]/4=(1000/150)×[(卜0.92)/4]=133.3ms即 L<55111}l将出现电流不连续,续流二极管在IGBT下次开通前已提前恢复关断,采 用快速软恢复的专用斩波二极管,700A/3600V,其电参数足够满足系统要求。

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吸收装置原理设计

3.3.3滤波参数选择

滤波电容:ucm=1.5ue=2250V,采用2j00V,800uf无极性电容,再并联电解 储能电容。 滤波电感Lf=1/∑cF×1/(2ⅡfO)2 f0应避开50Hz频率,取fo=25Hz 取Lf=2lIl}l 额定电流为:I=1000A

3.3.4空心式滤波电抗器

技术数据:I=500A

L=4lI】H

V=1500V

线圈参数:铜带TDR(衄):3.15×40,铜带截面积(姗2):125.451
总匝数:86匝 线圈饼数:2 每饼匝数:43

线圈结构:每个线圈由两饼组成,共四个线圈。两个、两个一组。先并联后再串 联。 电抗器尺寸:见图3—7

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图3—7电抗器尺寸
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吸收装置原理设计

3.3.5线路接触器选择

额定电压:DCl500V: 额定电流:2000A; 最大工作电流:3100A。

3.3.6预充电磁接触器

额定电压:Dcl500V 额定电流:30A 型号:QCC3卜30/1500

3.3.7电阻器选择与校验

以下为单台放电电阻器的性能计算 1、给定的技术参数 ※额定电压:Dcl500V; 额定电流:395A; ※电阻值:O.238Q+7%,0.238Q一5%: 自然通风。

2、电阻器结构特性 采用无骨架长波型电阻元件,吊挂结构安装; 电阻元件材料规格:cr20Ni35;O.76×50; 电阻元件截面积:38×2=76(IIlln2); 电阻元件散热面积:S=20(a岫)1×2=33100c1112(2组) 电阻元件长度:16.3m。
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吸收装置原理设计

3、电阻性能设计计算

R:壁。o.4546Q
电阻值: 曲 (绝对值): 电阻元件两组并联电阻值:0.228 Q(符合给定电阻值); 电阻合金带比热容:O.441[J/(K)]; 传热系数:O.002[w/(cⅡ12K)];

电阻元件的发热时间常数: 电阻元件热平衡方程:

丁:盟。290s 格
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P=as锄PR=12R×(t1,t.t1)] 兰旦=56伍1

元件的稳定温升:T m=船

采用叠加安装,综合散热效果系数v,v取4,电阻温升:224(K)
f。=—二L∥≈273

电阻温升复核:电阻温升” 计算结果

A骝’



在满足经定技术参数要求下,电阻元件最高温度不超过300℃。

3.3.8电动隔离开关

型号:SwS400010d2MO,外形见图3—8所示。 作为Dcl500v线网与吸收装置的隔离用,须在不带负荷的情况下分断。规 格为:额定电压:DCl500V、额定电流:4000A。 具有如下特点: 结构紧凑; 框架安装式寿命长; 机械寿命长:

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吸收装置原理设计

可见分/合位置; 隔离开关装有主触头位置显示器,并可配备安全锁系统。

矧3—8电动隔离开关
Fig. 3—8 Electrical is01ating switch

3.4试验结果

在全部设计工作完成的基础上,对吸收装置进行了试验,“通常运行”、“试 验运行”、“短路事故”、“输入电压低于设定值”的试验结果分别如附图3.6~ 附图3.9所示。 由试验结果可知:装置的控制时序、控制逻辑符合要求,试验结果经过考 核,达到了装覆的设计要求。

3.5小结

本章首先介绍了吸收装置的设计规格和参照标准,然后详细介绍了吸收装 置的原理、主电路的组成,工作原理;在此基础上,对本文采取的四路吸收支 路方式的支路相电流按傅立叶级数展开进行了谐波分析,并给出了分析结果;

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吸收装置原理设计

最后,本章对二主电路主要的器件进行了参数计算和选择,为后续工作做了设备 上的支持。对控制电路,只做了简要的说明,具体的控制软硬件以及接口、人 机界面等将在第四章进行详细的论述。

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微机控制系统及接口

第四章微机控制系统及接口

前面详细论述了吸收装置的设计原理和主电路结构,对控制系统,只简要 叙述了控制的工作原理,未涉及具体的设计。由此,本章将详细叙述控制系统 的软硬件以及监控系统。

4.1系统结构

控制系统是整个吸收装置的核心。根据应用的需要和相应设备的特点,分 为上、下两级控制,组成原理如图4—1所示。
SCADA系统

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上位机

吣*ass
下位机

统总

图4 1控制系统结构示意图
Fig 4一l Schemat ic diagra瑚of contr。1
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其中下位机采用高性能的16位微处理器,结合其他外围器件,构成一个 性能稳定、可靠、功能强大的底层系统。完成数据采集、逻辑处理、故障判断、 控制输出、PID调节运算、多相PwM输出、系统通讯等工作。
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微机控制系统及接口

上位机采用具有高可靠性和功能强大的工业控制机,是控制系统的人机交 互工具,也是一个系统通讯中枢。主要进行状态监视、数据存贮和图形表现、 系统参数设置、运行控制、通讯处理等工作。 微机控制系统采用工业级的工作站(主机、液晶显示屏、键盘三位一体)。 多通道A/D卡,多通道数字量I/O卡,串行数据通讯卡组成。具有故障诊断、 运行监视、控制、远程调节控制及通讯的功能。能根据电网状况和车辆运行工 况控制设备吸收能量的多少,自动调节有关参数,吸收车辆再生能量的多余部 分。 整个装置安装在电力电子斩波柜门上。从柜门外可直接操作其触摸开关 输入键盘,可以对系统进行操作及手动设置有关参数,如:恒压电网吸收值最 大吸收电流值等;显示屏可显示整个系统的状况,包括: ◆故障渗断查询结果 ◆设备通、断电状态 ◆实时显示电网电压 ◆实时显示车辆再生电流值或牵引工况值 ◆实时显示本装置吸收的电流值 ◆显示主要参数设定值 ◆故障信号显示 ◆远程通讯和控制

4.2下位机系统
4.2.1系统功能

下位机系统主要完成以下功能: ◆通过RS一485通讯口响应上位机发出的系统操作和参数设置命令 ◆8路模拟量采集,并对采集的数据进行数字滤波
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微机控制系统及接口

◆40路开关量输入,并对其进行逻辑判断处理 ◆根据逻辑处理结果进行16路开关量输出

◆4—6相PwM脉冲输出,脉冲频率可调节
◆对所有采集的数据进行工况判断,符合吸收条件时进行PID调节处理, 以形成P1vM输出的控制量 ◆系统故障处理 ◆在系统测试条件下,系统开环运行 ◆通过JTAG端口,系统软件可在线升级

4.2.2系统组成

下位机系统以l 6位微处理为核心,配合一片大规模集成芯片PSD,形成一 个完整的高性能智能控制器,如图4—2所示。

图4 2下位机系统结构图
Fig. 4 2 Structure of the clint

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微机控制系统及接口

下位机系统的软件设计充分应用了我公司在吸收设备领域的多项科研成 果,尤其是吸收条件判断和控制方式以及控制效果达到当前国际同类产品先进 水平,具有结构紧凑、运行可靠的突出特点。

4.2.3抗干扰措旌

下位机系统的工作可靠性至关重要,直接影响到设备是否能正常工作。因 此在进行系统设计时对此作了充分考虑。在电路设计和软件设计中都采取了很 多措施,使系统能在恶劣的环境条件下长期正常运行。主要的措施有: ◆输入/输出与微处理器单元完全隔离 ◆外部输入的模拟量采用线性光隔离 ◆充分的电源滤波和电源监视 ◆内部看门狗加软件陷阱 ◆对模拟量进行多次采样并进行数字滤波

4.3上位机系统
4.3.1系统功能

上位机在整个系统中起着联结下位机与配电站的综合自动化系统
(Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA)的桥梁作用,其主

要功能有: ◆对下位机进行参数设置 ◆从下位机读取运行数据、运行状态、丌关位置状态、输出状态、故障 监视 ◆向scADA系统提供数据 ◆响应scADA的系统操作命令

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◆向下位机系统发布控制命令 ◆对运行数据实时保存 ◆响应操作人员的历史数据查询并进行数值或图形表达

4.3.2系统通讯

上位机系统是整个吸收设备的通讯中枢,起承上启下的作用。上下通讯均 采用Rs一485方式,具体内容将在后续章节叙述。

4.4系统软件设计
系统软件包括下位机控制系统的软件设计和上位机监控软件设计,整个软 件的设计要满足稳定、可靠、友好、易维护等要求。 4.4.1下位机系统软件控制流程

下位机控制系统软件主要包括主程序和中断服务子程序两部分,软件流程 图分另0立口图4—3、图4—4所示。

图4—3
Fig.

主程序流程图

}3

Main program flowchart
51

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图4—4软件定时器中断服务子程序流程图
Fig. 4—4 F10wchart of interrupt
serve

subprogram

52

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4.4.2上位机系统软件介绍

上位机软件采用面向对象技术开发,可运行在windows 95/98/NT/2000环 境下。具有简便、直观的人机交互界面,一般情况下不需要进行任何操作。软 件采用国际通用的数据库管理系统,可保存一个月的运行数据。并能进行简便 的历史数据查询。 1、软件特点 界面友好,操作方便,全部触摸屏操作。对于即时数据采用图形动态显示; 运行数据一目了然。历史数据也采用图形显示。用户可自由选择数据区域进行 放大查询;对于运行中的细微数据就化都将充分体现出来。

2、软件安装 本软件安装盘为一张光盘,将光盘插入光盘驱动器中,运行光盘中的 sETUP.EXE文件即可开始安装。

3、软件运行要求 计算机有两个串行通讯端口用于本软件的使用。计算机屏幕设置为800× 600分辨模式

4、软件运行 本软件由下位通讯模块与屏幕显示模块组成,通讯模块用于与上位单片机 和下位单片机进行数据通讯工作;屏幕显示模块用于在触摸屏上进行数据显示 和设备操作工作。 程序运行界面如图4—5所示。 操作流程描述如下: ◆程序启动后在右下角工具栏中将显示数据通讯图标

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图4—5上位机主界面

◆当有数据返回时在主界面的数据框中将显示下位单片机返回的即时数 据。通过点击屏幕上的按钮即可完成相关的操作 ◆点击“开关状态”按钮将列出即时各开关数据的状态 ◆点击复选按钮“电网电压”,“装置电压”,“电网电流”,“吸收电流”, 选中后复选框的背景色将发生改变,在图形显示中将以复选的背景色画即时曲 线 ◆点击“启动设备”按钮,在确定启动设备后,系统将向下位发送启动 命令 ◆点击“停止设备”按钮,在确定停止后系统将向下位发送停止命令 ◆点击历史数据按钮,进入历史数据查询界面,如图4—6所示

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图4—6历史数据查询界面



查询数据时应作如下操作:在时间栏中选择查询的Ff期,在时间文本框中 输入查询时间,选择查看的数据曲线内容,按开始查询按钮,如果有当天的数 据在图形栏中将对应当日的时间画出数据曲线,用户可在图形上拖动选择区域 进行详细数据查看。在上面的列表框中将会列出数据记录以供查看。 询完毕按“返回”按钮将返回到主界面当中。 ◆数据维护 在主界面上点击“数据维护”按钮,输入正确的口令后即可进入数据维护 界面如图4—7所示。 本界面中可相查询历史的故障记录和历史操作记录,可对设备进行复位操 作;按“系统退出”可退出本系统。 数据查

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图4 7系统数据维护界面

4.4.3系统通信

微机通信系统遥信信号包括下列内容:装置状态、超温报警、超温跳闸、 控制电源失电报警。 微机控制系统采用标准的数据通信口接入变电所综合自动化系统。物理接 口采用RS485口(带光/电隔离),通信速率19.2kbps。 微机控制系统上送变电所综合自动化系统的故障信息带有时标,时标精确 到毫秒级。 1、与下位机的通讯信号表 序号
1 1.1

信号名称 操作指令 投入

过程说明 由综合自动化系统发送到吸收设备 首先由综自系统发出“投入工作”指令。设 备接受到该信号后,自动闭合“隔离开关”,

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然后闭合“陕开”和“线路接触器”启动监 视系统及下位机系统,使设备处于“待命” 状态。
1. 2

解除

设备接受到该信号后,自动关闭各斩波器, 首先断开“线路接触器”,然后再断开“快开” 最后断开“隔离开关”,使设备退出工作。

2 2. 1

设备状态 隔离开关、线路接触 器状态

由吸收设备发送到综自系统 确认隔离开关及线路接触器闭合或分断状态

2.2

工作就绪

设备按控制逻辑关系投入工作后,确认系统 处于“工作就绪”状态,各斩波器根据判断 结果自动投入吸收或处于“待命”状态。

3 3. 1

故障状态 过流

由吸收设备发送给综自系统 设备发生过流后,先关闭斩波器,并发出“故 障”信号给综自系统,同时设备控制系统中 “故障继电器”闭合,发出触发脉冲给快开 的“电子快速脱扣装置”,迅速断开快速断路 器。

3. 3.

2 3

过压 IGBT故障 控制电源故障

同上

同上 当直流控制电源不正常时,设备迅速关断斩 波器后断开线路接触器,发出故障报警信号。

3.4

3.



安全操作故障

同上,(8个门锁安全)综自系统接到该故障 信号后,断开快开。

3.



短路

同时跳线路接触器和快速断路器

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3. 7

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过热

当IGBT温度超过允许值时,关闭斩波器,断 开线路接触器,故障报警,断丌快开;当电

阻温度超过允许值时,先降低功率使用,若
仍上升,将关闭斩波器,断开线路接触器, 故障报警。
4 4. 1

数据采集
当前资料

由综自系统调用吸收设备当前和历史数据 当设备的运行数据、状态数据发生变化时, 提交给综自系统。

2、上位机与scADA系统通讯规约
本规约用于再生制动能量消耗装置上位机与综合自动化系统(scADA)的 通讯。向scADA系统提供本装置的输入/输出状态、工作状态、故障状念等信 息。也接收来自scADA系统的工作指令。 ◆物理界面 系统采用的是IEC60870—5规定4种信息格式中的FTl.2,即异步、1位起 始位、1位停止位、偶校验。电气接口为EIA RS一485,通信速率19.2kbps。 ◆信号点表 测点名称 过压保护 过流保护 短路保护 逻辑1 逻辑O 动作 动作 动作 故障 故障 复归 复归 复归 正常 正常 合闸 分闸 规约变量名
flag—statusl flag-status l flag—statusl flag—statusl

规约变量位序号(如有)1
BitO Bitl Bit2 Bit6 Bit7 BitO Bitl

接触器故障
下位机通讯故障

fla艮status l
flag_status2 flag_status2

电动隔离开关合闸 分闸 电动隔离开关分闸 合闸

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接触器KMl位置 接触器I(M2位置 熔断器熔断报警 熔断器熔断跳闸 工作/测试状态

分闸 分闸 异常 异常 工作

合闸 合闸 正常 正常 测试

flag—status2 flag—status2 flag—status2 flag—status2 flag—status2

Bit2 Bit3 Bit4 Bit5 Bit6

IGBTl超温 IGBT2超温 IGBT3超温 IGBT4超温

动作 动作 动作 动作

复归 复归 复归 复归

flag—status3 flag—status3 flag—status3 flag—status3

BitO Bitl Bit2 Bit3

电阻柜温度一段 电阻柜温度二段 电阻柜温度三段 IGBTl过流 IGBT2过流 IGBT3过流 IGBT4过流

异常 异常 异常 动作 动作 动作 动作

正常 正常 正常 复归 复归 复归 复归

flag—status3 flag-status3 flag—status3 flag_status4 flag—status4 flag—status4 flag_status4

Bit5 Bit6’ Bit7 BitO Bitl Bit2 Bit3

IGBTl支路 IGBT2支路 IGBT3支路 IGBT4支路

退出 退出 退出 退出

投入 投入 投入 投入 远方控制

flag-status5 flag—status5

BitO Bitl Bit2: Bit3 Bit6-

fiag—status5 flag—statu驹
flag_status5

当地/远方控制选择 停机

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4.5小结

作为整个吸收装置的“大脑”,控制系统起着至关重要的作用。本章对控 制系统的软硬件设计分别做了详细论述,包括监控系统中下位机、上位机和上 层scADA的通信软件、人机接口等的设计。

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装置结构及安装说明

第五章装置结构及安装说明

前面各章节分别从原理、功能、组成、软硬件等方面论述了吸收装置的各 个组成部分;本章将从总体上论述吸收装置的结构及其土建、机械、电气安装。

5.1设备配置及结构说明
再生制动能量消耗装黄由隔离开关柜、斩波柜和吸收电阻柜三大部分构成, 其中丌关柜主要完成电源的通断、电网滤波、电压检测等功能;斩波柜主要完 成设备投入判断、斩波调节、监控、遥控、保护及数据处理等功能;吸收电阻 柜主要实现能量的消耗。 5.1.1隔离开关柜

隔离开关柜主要具有执行制动能量消耗装置与电网接通或分离,电网滤 波,系统故障保护功能。 l、开关柜额定技术参数及特点 ≯技术参数 额定工作电压:Dcl800V: 额定工作电流:DCl000A,最大工作电流:3200A。 》主要特征 金属焊装式开关柜; 装有高可靠的直流接触器,采用瑞士赛雪龙公司产品 装有电动隔离开关,采用瑞士赛雪龙公司产品; 装有滤波电抗器及滤波电容;

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装置结构及安装说明

控制和保护易于柜前操作和维护; 门联锁:当开关柜门未关好时,系统自动切除

柜体:柜体采用2衄厚的加强型钢板;
前后丌门; 柜体喷塑处理。

2、闭锁装置及其它 设备具有可靠的闭锁装置,在柜门内装有安全门锁并对其进行监控,保证 运行维护人员和设备的安全。 防护等级IP23,柜体表面颜色为GsBG5100卜94标准中的GY09(冰狄色), 结构图见附图5—3。 设备在高湿期内可能产生凝露,每面柜设置两块加热板,功率为2×100w, 防止对设备的损害。面板上设置人工控制开关。

5.1.2斩波控制柜

斩波控制柜主要实现制动能量消耗装置自动转换及检测等功能。由四个独 立的IGBT斩波支路及微机控制装置等组成,每一支路IGBT斩波器控制其开通 或关断,差相工作,并具有电流检测。检测电网电压变化由电压传感器sVl检 测,牵引、制动工况判别由正极柜电流传感器MU6及PT柜交流电压100V信号 检测。每个IGBT斩波器支路均装有和温度传感器,对IGBT组件实行温度功率 控制。本斩波柜采用电力电子器件IGBT作为开关组件,响应速度快,并具有 过流、过压和短路等保护。 装置可以接收人工吸收电压参数设置,也可以接受限制功率人工设定文件 位元。微机控制系统可以判定能量的来源,当能量来自牵引变电所时,装置立 即停止工作,显示参数设置错误,并发出报警信号,如在规定的时间内不纠正, 系统将自行测定参数,恢复工作。

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装置结构及安装说明

装置设置了温度检测功能,检测吸收电阻柜空气出口温度、斩波器各热管 温度,当发现某一环节温度过高,控制系统将自动降低吸收功率,限制温度继 续上升,直至关闭系统工作,保证吸收装置在无人监守的情况下自动安全运行。 制动能量消耗装置的投入和撤出采用电压相对判断和电流判断方式。 电压判断采用交流侧电压与直流侧电压进行比较判断,电网电压DCl650V 以下,车辆进行再生电制动时,吸收设备不进行判断,外部具备吸收能力时, 由外部吸收;如果外部没有吸收能力,则电网电压将抬高,抬高到电网电压大 于Dcl650v时,吸收设备投入工作,根据吸收电流的大小,进行恒压控制。如 果交流侧电压抬高,则基准判断值在Dcl650V基础上相应提升。 当电网电压大于DCl900v时,吸收设备停止工作并发出过压报警信号;当 电网电压低于Dcl000V时,吸收设备停止工作并发出欠压报警信号;当电网电 压大于DC2000V时,吸收设备将线路接触器分断,主电路切除,发出过压报警 信号。 本装置在电压判断的基础上,还引入电流判断方式作为电压判断的辅助判 断,当该检测值为“+”时,表示向车辆供电,车辆处在牵引工作状态;当该 检测值为“O”时,则车辆可能处在再生制动工作状态,经电压判断后,决定 吸收设备是否投入工作。 装置设置温度检测功能,检测吸收电阻柜空气出口温度、斩波器各热管温 度,实现温度过高,控制系统自动降低吸收功率,限制温度上升,直至关闭系 统工作。
1、主要技术参数

额定工作电压:DCl800V 最大工作电流:4×765A 电网电压恒定平均吸收控制值:1630V—1730V可调 斩波器导通比调节范围:5%≤仳≤95% 工作制:间隙工作制
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装置结构及安装说明

斩波器单相工作频率:150Hz 斩波器合成工作频率:600Hz

2、结构简述 斩波控制柜采用由型钢与冷轧钢板焊制而成的标准柜,柜内器件安装采用 柜架式活动板条支座形式,拆装方便,柜体为前、后开门形式,柜底进线,柜 体表面喷塑;防护等级IP23。柜体表面颜色为GsBG5100卜94标准中的GY09 (冰灰色),结构图见附图5—4。 设备在高湿期内可能产生凝露,每面柜设置两块加热板,功率为2×100w, 防止对设备的损害。面板上设置人工控制开关。 斩波柜分为前后两部,装有四相IGBT斩波组件,散热器采用热管散热器, 自冷式,散热效果好。柜后部由一块安装屏组成,装有5个电流传感器,1个 电压传感器,4个驱动电源,微机控制系统HXMc2。在柜上装有触摸按键和液 晶显示屏。 每相IGBT、续流二极管、散热器、快速熔断器、温度传感器、驱动器、Rc 吸收等构成IGBT组件,便于设备的维护维修。

3、主要器件型号及技术参数 序号

1.1

名称 IGBT组件
I(;BT

型号规格

技术参数

DIMl200ESM33 ISD418F2 DSFl 1036SG

3300V/1200A

1.2 1.3 2 2.1

驱动器 续流二极管 控制装置 微机控制箱

电源电压15V,门极峰值电流8A
3600V.730A

HXMZ2—5B

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2.2 2.3

装置结构及安装说明

工控机 控制电源

PPC—123T

DC220V/DC24V DC220V/DC5V

2只 DC±1 5V

3 4
_

电压传感器 电流分流器 电压变换器

2000V

0-一2000V/4—20mA
4只 100V/5V

1000A/75mV



4、电气要求 电气间隙:≥20咖 爬电距离:≥28眦 绝缘强度: 主电路高压部分,装置相互绝缘的带电体之间及对地应能承受交流正弦 50Hz,试验电压为5750V(有效值),1min之耐压试验,应无击穿或闪络现象。 对于控制电路部分,相互绝缘的带电体之间及对地,应能承受交流正弦50Hz, 试验电压为2000V(有效值)lⅢin之耐压试验,应无击穿或闪络现象。DC24V 控制电路部分,相互绝缘的带电体之间及对地,应能承受交流正弦50Hz,试 验电压为750V(有效值)lmin之耐压试验,应无击穿或闪络现象。耐压试验 时,将TGBT、微电子装置、续流管拆开,电源装置原、次边分别用导线短接。 在供电系统容量无穷大的情况下,装置能承受由于直流侧短路而产生的短 路电流的冲击。斩波器承受的短路电流不小于47kA(10ms)、29kA(120ms)。 试验前后,应检查各部绝缘电阻,应不低于相应标准要求。 5.1.3吸收电阻装置

吸收电阻装置用作制动能量消耗装置功率吸收组件。 l、主要技术参数

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装置结构及安装说明

额定电压:DCl500V; 短时吸收电流:
2550A; 4×348Kw;

短时(20S)功率: 额定功率:4×80KW;

支路最大电流:373A; 吸收电阻值:0.64Q; 工作制:间隙工作制; 支路数:4,分为A、B柜。每柜中装有2条独立支路 冷却方式:自然冷却; 防护等级:户内型:IP20:户外型:IP23; 柜体采用不锈钢柜体。

2、结构简述 外形结构见附图5—5所示。 本吸收电阻装置由4条独立电阻单元组成,分别安装在两柜中。 吸收电阻采用单元电阻组件结构,通过串、并联方式组成支路电阻,电阻 组件材料为Cr20Ni35,由于电阻带为非磁性材料,而且采用框架式波形绕组, 电感量低、电阻值温漂变化小、耐受温度高;安装、维护方便,拆卸简单;调 整电阻值非常方便。电阻器组件为无骨架长波型电阻组件,吊挂结构安装。 柜体规格: ≯柜体采用2mm厚的加强型不锈钢板; ≯前后开门;为了便于运行维护,电阻柜设上下两个门,电阻柜门具有 安全闭锁;上下柜门采用机械联锁,下门设安全门锁开关。 >电缆连接于电阻铜母线上: >柜门与主回路带有安全门锁开关;当该门打开时,该开关跳开主回路 断路器及隔离开关。
^^

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装置结构及安装说明

》柜门上有安全警告标志; ≯柜内装置温度传感器、实现超温报警和超温降功率控制;设置的二级 温度开关,第一级为报警温度,第二级为跳闸温度。 ≯柜体上部有出风道; ≯柜体下部有入风口。 设备在高湿期内可能产生凝露,每面柜设置两块加热板,功率为2×100w, 防止对设备的损害。面板上设置人工控制开关。

5.2设备土建安装、风道及接口

平面土建图见附图5 1所示。 电站开关室设备平面布置图见附图5—2A和附图5 2B所示。

5.2.1安装及布线说明

≯保证电控柜可靠接地,各柜接地螺栓均为M12,设置在各柜后面底部, 见附图5—1平面土建图。 ≯所有柜的对外联机均由F部出线,布线 地沟须有排积水功能,防止积水将电缆绝缘破 坏。考虑到通风要求,地沟两端应留出进风口约 O.5米,如右图所示。 ≯为了减小布线间干扰,高低压电缆要求分离布线。

5.2.2电阻柜安装要求

≯安装在地下的吸收电阻柜,必须与控制柜分离安装或隔离安装,相互间空 气不能自由相通。且安装电阻柜的房间的空气流通量不低于10.6(M。/s),控 制柜房间的空气流通量不低于3M3/S:
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装置结构及安装说明

>安装于地面上的电阻柜,要求为敝开式,并有简单的挡风雨顶棚,周围装
有安全护栏等。

5.2.3控制柜安装要求 》与电阻柜分开安装,或有热隔离措施。
>对于相对封闭的安装,要有一定的空气流量要求,即大于3M3/S的空气流 量。

5.2.4电缆、导线规格

≯我方负责柜体内部电缆、导线联接,柜之间及对外电缆、导线由总施工方 综合配置。户外电阻由于离控制柜较远,为抑制分布电感的影响,建议到电阻

柜每一支路的两根电缆线两两平行布置或绞织敷设。
≯各柜体主电路均留有对外界面,并标注了导线号。各柜体二次控制电路导 线均由柜体内接线端子联接。



电缆、导线规格、线号、数量(参考,电缆及导线规格可根据统一规格修

改)。

(1)主回路电缆

电獬
BCEYH一150aV

线号
101

去向 至电站快开

数量 2根

备注 并联使用

一185耐
DCEYH一1500V

E1

一185Ⅻ2 母排
108 109、110、112、 DCEYH一1500V 113、115、116、

至电站直流0v 开关柜至斩波柜

2根 1根

并联使用

户外型≥200m 斩波柜至电阻柜 8根 户内型协调
l培、119

一150∞2

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装置结构及安装说明

(2)二次回路控制导线
DCEYH一1500V一2.5II皿2 DCEYH_1500V一1.5IⅢn2 400


1000m

RvVP2×O.5屏蔽线 5类屏蔽双绞线 (3)推荐厂家

3根(柜外长度待定:柜与柜之间50m) l根(长度待定)

DcEYH电缆推荐采用天津市电线总厂生产的机车车辆线,通信线请统一考 虑。

5.3电气对外界面

》直流控制电源开关设置在综合自动化系统操作台上。 ≯主电路及控制电路接口见附图1l一12。 >所需的检测信号有: 交流电压信号:33kV/100V(隔离信号)。 电流信号:4000A/5V(隔离信号,由正极柜的MIu6提供)。 >长江提供“快开”的辅助触点 一对常开触点作为“陕开”闭合确认信号; 一对常开触点作为线路接触器闭合连锁; 一对常闭触点作为电动隔离开关闭锁。 >再生制动能量消耗装置给“快开”的辅助触点 一对“隔离开关”的常开触点,作为“快开”合闸回路; 一对“线路接触器”的常开触点,作为“快开”分闸的闭锁; 一对“故障继电器”的常开触点,作为“快开”跳闸分断; 一对“故障继电器”的常闭触点,作为“快开”合闸回路闭锁。

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装置结构及安装说明

>提供给scADA的接口 通讯接口采用5类屏蔽双绞线,一对接口。通讯规约采用IEc870—5—103 与综合自动化的物理接口采取RS485。

5.4小结

本章内容着重介绍了吸收装置的总体结构组成及各组成部分的主要技术 参数、结构、电气要求等;与实际工程安装相对应地,随后对装置的土建、机 械和电气安装做了说明。

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结论

第六章结论

轻轨作为城市轨道运输的重要手段之一,已经受到人们越来越多的关注和 投入,发展速度也一直据高不下。但由于轻轨供电系统和供电环境的特殊性, 出现了一系列的供电环境问题,动车组制动时能量的处理便是一个重要问题。 本文就是在这样的情况下为重庆轻轨2#线二期工程的动车制动能量的处理 提供了设计方案并进行了研制,总体来说,本文主要做了以下工作: 1、对几种常用的制动能量吸收方案进行了分析比较,根据2#线的情况 和目前所具备的技术水平选择了适合本文的设计方案: 2、设计了主电路和控制电路,对主电路的器件参数进行了选择,并进行 了如电压、电流等级、容量、谐波等相关分析和计算; 3、基于MCs一96设计了下位机控制,基于:[控机和VB6.0设计了上位机人 机接口,并采用RS485总线搭建了“下位机一一上位机一一ScADA”通信系统; 4、在前面的基础上进行了装置试验,得到相应的运行试验结果; 5、最后,为了实际安装的需要,本文还对吸收装置的总体结构和土建、 机械和电气安装进行了设计说明。 根据试验结果和运行检测,说明本吸收装置符合重庆轻轨2撑线二期工程的 制动吸收需要,达到了设计要求。 限于本人的理论水平、工作经验及有限的时间,本系统还有很多需要进 一步完善的地方,但通过该系统的工作,使本人获益非浅,对今后的工作具有 重要的价值。对于本文存在的~些不足,恳请各位专家斧正。

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参考文献

参考文献

[1]刘志刚.电力电子学.北京:清华大学出版社和北京交通大学出版社,2004 [2] [3] [4] 黄俊,王兆安.电力电子变流技术.北京:机械工业出版社,1994 叶斌.电力电子应用技术及装置.北京:中国铁道出版社,1999 张占松,孙时生,伍言真.电路和系统的仿真实践.北京:科学出版社,
2000

[5]

L.H.wALKER,”10一Mw GTO Converter for Battery Peaking Service,’’in IEEE TRANSACTl0NS ON 1990 INDUSTRY APPLICATl0NS,VOL.26,N0.1,JAN/FEB

[6]

刁利军,刘志刚,周鑫.多级H桥并联变换器的谐波分析.北京交通大学 学报(自然科学版),2004,5(28):103~107

[7]c.NEwTON,M.suMNER,T.ALExANDER,”Mnlti—Level
solution to high v01tage drives?” IEE,1997

converter:A real

[8]

Bose B K.,Modern Power Electronics and AC Drives[B], Prentice—Hall,America, 2002.

[9]

张崇巍,张兴.P1vM整流器及其控制.北京:机械工业出版社,2003

[10]刁利军,刘志刚等.能量回馈式P_lVM整流器并网的工程设计方法.电工技 术学报,2005 [11]李杏春,徐平等.8098单片机原理及实用接口技术.北京:北京航空航天 大学出版社,1996 [12]胡残闰宏印.VB程序设计.北京:电予工业出版社,2001 [13]刘志刚,汪至中等.新型可再生能源发电馈网系统研究.电工技术学 报.2003.18(4):108’113

北京交通大学工程硕士专业学位论文

参考文献
synchronous current regulator and
on

[14]R。呵an

T w,Kerkman R J.A

new

an

analysis

of contr01一regulated pwm inverters.IEEE Trans

Industry Appl.

1986.IA一22(4):678’690

[15]王庆斌等.电磁干扰与电磁兼容技术.北京:机械工业出版社,1999 [16]李序葆等.电力电子器件及其应用.北京:机械工业出版社,1998 [17]孙涵芳.Intel 16位单片机.北京:北京航空航天大学出版社,1995 [18]王福瑞.单片机微机测控系统设计大全.北京:北京航空航天大学出版社,
1998

[19]谭建成.电机控制专用集成电路.北京:机械工业出版社,1998

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北京交通大学T程硕士专业学位论文

发表论文

发表论文

《电气化铁道》2005年第3期,发表了《再生制动吸收设备的应用介绍》 (国际统一标准刊号ISSNl007—936x/国内统一刊号CNll—2701/U)。

北京交通大学T程硕士专业学位论文

发表论文





本文得到了北京交通大学刘志刚教授的悉心指导,谨此表示衷心的感谢。 在做论文期间,也得到了沈茂盛老师、牟富强工程师和博士生刁利军、硕 士生漆良波、王敬贤等同学无私的帮助,同时,湖南湘潭恒信公司的李根良和 张征宇专家也给予了大量的指导,在此也向他们一并表示真诚的感谢。 最后,向支持我的的领导和关心我的家人,以及此期间给予过我鼓励、 关心、帮助的北京交通大学的各位领导、老师和同学表示由衷的谢意!

城市轨道动车再生制动能量吸收装置的研制
作者: 学位授予单位: 孙延焕 北京交通大学

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y878241.aspx


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