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一种机车电能回馈设备试验系统及试验方法
【专利摘要】本发明公开了一种机车再生电能回馈设备试验系统。试验系统由两台电能回馈逆变器及三绕组回馈变压器构成，两台电能回馈逆变器的直流母线并联连接，三绕组回馈变压器的原边与电网连接，两组副边绕组分别与两台电能回馈逆变器的交流输出连接。本发明还包括所述试验系统的试验方法，控制其中一台电能回馈逆变器将调直流母线电压调高，模拟机车制动工况，另一台回馈逆变器检测到直流电压升高后，向电网回馈电能，能够考验电能回馈逆变器的控制逻辑以及功率传输能力，该方法成本低，简单实用，测试效率高。
【专利说明】一种机车电能回馈设备试验系统及试验方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种机车电能回馈设备试验系统及试验方法，属于大功率电力电子技 术中的设备测试领域。

【背景技术】
[0002] 机车电能回馈设备用于轨道交通上再生电能的吸收和回馈的场合，按将再生电能 回馈至电网。
[0003] 再生电能回馈设备的原理可简述如下：当车辆进入制动工况，机车的动能转换为 电能，向直流电网输入电能时，会引起直流电网电压升高。再生电能回馈设备的控制系统实 时检测直流电网电压，当直流电网电压上升达到某一预设值时，逆变器开始启动，逆变器以 实际的直流电网电压与基准值的差值控制输出电流，直到输出电流达到逆变器的最大容许 输出电流，逆变器向交流电网回馈电能，直流电网电压将会有下降的趋势。车辆完成制动 后，直流电网电压降下降，恢复到正常值，再生电能回馈设备返回到备用状态。因此，再生电 能回馈设备不但能够维持直流电网电压保持稳定，还能将多余的电能回馈给交流电网。轨 道交通行业对挂网运行设备有严格的要求，需要对出厂设备进行全面的测试，而检测机车 电能回馈设备需要构造一个模拟真实地铁供电系统的工况，需要一个可调的大功率直流电 压源，以模拟直流电网电压升高，还需要构造将电能回馈到交流电网的回路。满足上述要求 的试验平台成本较高。


【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于：提出一种机车电能回馈设备的试验平台及使用该试验平台的 方法，以满足对机车电能回馈设备测试的需求。
[0005] 具体的方案如下：
[0006] -种机车电能回馈设备试验系统，包括两台电能回馈逆变器和三绕组回馈变压 器。两台电能回馈逆变器的直流母线并联连接，三绕组回馈变压器的原边与电网连接，两组 副边绕组分别与两台电能回馈逆变器的交流输出连接。
[0007] 上述方案中，电能回馈逆变器包括直流侧电容，交直流变换器，交流滤波器及并网 开关。其中所述交直流变换器可实现交流电和直流电之间的转换。
[0008] 另外本发明还提供一种使用所述试验系统的试验方法，所述试验方法包括如下步 骤：
[0009] 步骤1 :启动第一电能回馈逆变器，并控制直流母线电压为第一设定值。
[0010] 步骤2 :控制第一电能回馈逆变器的直流母线电压上升，电压控制目标为第二设 定值。
[0011] 步骤3 :第二电能回馈逆变器检测到直流电压超过第三设定值后，开始启动，电压 控制目标为第一设定值。
[0012] 步骤4:等待直流电压稳定，且持续特定时间后，控制第一电能回馈逆变器的直流 母线电压下降，电压控制目标为第一设定值，直到直流电压稳定在第一设定值。所述特定时 间的范围在5秒与30秒之间。
[0013] 上述方案中，所述试验方法中直流电压的第一设定值小于第三设定值，第三设定 值小于第二设定值。
[0014] 有益效果：
[0015] 1、一台电能回馈设备作为测试设备，可连续调节直流电压，根据测试需求设定直 流电压的调节曲线，满足任意测试工况，便捷灵活。
[0016] 2、试验平台由两台相同电能回馈设备组成，其中一台可以作为测试设备，模拟地 铁直流母线电压升高，另一台作为被测设备，也可以将测试设备和被测设备相互调换，不需 要增加额外的成本就可以实现两台电能回馈设备的测试，成本低，测试效率高。
[0017] 3、两台电能回馈设备的有功功率流动方向相反，两台设备形成了有功功率的内部 环流。试验平台的总体损耗很小。

【专利附图】

【附图说明】
[0018] 图1为本发明的机车电能回馈设备试验平台拓扑图

【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0020] 如图1所示：，图中标号名称：1、第一电能回馈设备；2、第二电能回馈设备；3、三 绕组回馈变压器；4、第一有功功率流动方向；5、第二有功功率流动方向。
[0021] 一套机车电能回馈设备试验系统，包括两台电能回馈逆变器和三绕组回馈变压器 (3)。两台电能回馈逆变器的直流母线并联连接，三绕组回馈变压器的原边与电网连接，两 组副边绕组分别与两台电能回馈逆变器的交流输出连接。
[0022] 电能回馈逆变器包括直流侧电容，交直流变换器，交流滤波器及并网开关。其中所 述交直流变换器可实现交流电和直流电之间的转换。在本例中交直流变换器为三相半桥结 构的逆变器。本例中三绕组变压器原边电压为35KV，两套绕组的副边电压为950V，在本例 中，第一电能回馈设备（1)作为测试设备，调节直流电容电压，第二电能回馈设备（2)作为 被测设备。
[0023] 使用上述试验系统的试验方法，包括如下步骤：
[0024] 步骤1 :启动第一电能回馈逆变器，并控制直流母线电压为1500V。
[0025] 步骤2 :控制第一电能回馈逆变器的直流母线电压上升，电压控制目标为1800V。 设置直流母线电压的上升速率为每秒300V。该步骤模拟直流电网直流电压上升工况。
[0026] 步骤3 :直流电压开始按照调节速率逐渐上升，设定第二电能回馈逆变器的启动 门槛值为1600V，当检测到直流电压超过1600V后，第二电能回馈设备开始启动，电压控制 目标为1500V。
[0027] 两台电能回馈逆变器的直流母线电容并联，两台电能回馈逆变器直流电容电压控 制目标不同，两台逆变器均无法达到控制目标，两台逆变器将输出最大电流，最终直流电容 电压降稳定在1500V-1800V之间，如果两台电能回馈逆变器是完全相同的，直流电压将稳 定在1650V。
[0028] 此时，第一电能回馈逆变器的实际直流电压1650V低于电压控制目标1800V，因 此，第一回馈逆变器处于对直流电容充电的工作状态。有功功率流动方向为（4)。第二电能 回馈逆变器的实际直流电压1650V高于电压控制目标1500V，因此，第二回馈逆变器处于直 流电容放电的工作状态。有功功率流动方向为（5)。此时，两台逆变器的有功功率流动方向 相反，相互抵消，交流变压器原边消耗的有功功率很小。
[0029] 等待直流电压稳定，且持续特定时间后，所述特定时间的范围在5秒与30秒之间， 该时间是为了模拟机车刹车制动的时间，在本实施例中，设定时间为l〇s。10s后控制第一 电能回馈逆变器的直流母线电压下降，电压控制目标为1500V，此时两台逆变器的直流电压 控制目标一致，均为1500V，直流电容电压降稳定在1500V，不会有有功功率的传输，试验完 成。最终模拟了机车刹车制动，电能回馈的整个过程。测试设备实现了对实际直流电网电 压上升和返回的过程。被测设备完成了对直流电网电压的检测，自动启动并以最大输出电 流回馈给交流电网的过程。两台设备还可以进行对调，相互验证。
[0030] 按照上述测试步骤进行试验时，第一电能回馈逆变器控制直流母线电压上升，是 给直流电容充电，有功功率流动方向是由交流变压器的副边到直流电容，第二电能回馈设 备的控制目标是使直流母线电压下降，相当于直流电容放电，有功功率流动方向是由直流 电容到交流变压器副边。由于交流变压器副边的两套绕组有功功率流向相反，相互抵消，因 此交流变压器原边消耗的有功功率很小。
[0031] 以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，参照上述实施例进行的 各种形式修改或变更均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种机车电能回馈设备试验系统，包括两台电能回馈逆变器和三绕组回馈变压器； 其特征在于：两台电能回馈逆变器的直流母线并联连接，三绕组回馈变压器的原边与电网 连接，两组副边绕组分别与两台电能回馈逆变器的交流输出连接。
2. 如权利要求1所述的试验系统，其特征在于：电能回馈逆变器包括直流侧电容，交直 流变换器，交流滤波器及并网开关；其中所述交直流变换器能够实现交流电和直流电之间 的转换。
3. -种使用如权利要求1所述试验系统的试验方法，其特征在于：所述试验方法包括 如下步骤： 步骤1 :启动第一电能回馈逆变器，并控制直流母线电压为第一设定值； 步骤2 :控制第一电能回馈逆变器的直流母线电压上升，电压控制目标为第二设定值； 步骤3 :第二电能回馈逆变器检测到直流电压超过第三设定值后，开始启动，电压控制 目标为第一设定值； 步骤4 :等待直流电压稳定，且持续特定时间后，控制第一电能回馈逆变器的直流母线 电压下降，电压控制目标为第一设定值，直到直流电压稳定在第一设定值；所述特定时间的 范围在5秒到30秒之间。
4. 如权利要求3所述的试验方法，其特征在于：所述试验方法中直流电压的第一设定 值小于第三设定值，第三设定值小于第二设定值。
【文档编号】G01R31/00GK104155553SQ201410398420
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】杨浩, 王宇, 石巍, 方太勋, 刘为群, 沈全荣 申请人:南京南瑞继保电气有限公司, 南京南瑞继保工程技术有限公司