城轨列车风力发电能量综合利用系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种城轨列车风力发电能量综合利用系统，其特征在于：包括风力发电装置、蓄电池充电电路、第一蓄电池组、第二蓄电池组、第一荷电检测单元、第二荷电检测单元、逆变器、用电设备、DC/DC双向变换器、城轨列车供电系统和协调控制模块；还提供了一种针对上述系统的控制方法，包括风力发电装置将发电工作状态信号发送给协调控制模块；然后协调控制模块控制其中一个蓄电池组与蓄电池充电电路和逆变器连接，控制另一个蓄电池组与DC/DC双向变换器连接；列车驶出隧道后，协调控制模块控制2个蓄电池组与蓄电池充电电路均断开。采用本发明专利技术所述系统和方法，既能充分利用风力发电，又不影响城轨列车供电系统的稳定性和可靠性。

Comprehensive Utilization System of Wind Power for Urban Rail Train and Its Control Method

The invention provides a comprehensive utilization system of wind power energy for urban rail trains, which is characterized by: wind power generation device, battery charging circuit, first battery group, second battery group, first charge detection unit, second charge detection unit, inverters, power equipment, DC/DC bidirectional converter, power supply system and coordination control module for urban rail trains; A control method for the above-mentioned system includes sending the working state signal of power generation to the coordinated control module by the wind power generation device; then the coordinated control module controls the connection of one battery group to the battery charging circuit and the inverters, and controls the connection of another battery group to the DC/DC bi-directional converter; after the train leaves the tunnel, the coordinated control module controls two battery groups. The battery charging circuit is disconnected. The system and system described in the invention can make full use of wind power generation without affecting the stability and reliability of the power supply system of urban rail trains.

【技术实现步骤摘要】
城轨列车风力发电能量综合利用系统及其控制方法
本专利技术涉及交通运输
，特别是一种城轨列车风力发电能量综合利用系统。
技术介绍
城轨列车经过隧道时所产生的风速基本可达到6～7m/s，时间可持续20s，能够满足风力发电的基本要求，如果我们能利用列车穿过隧道时产生的风力进行发电，并对这种可再生能源进行利用，为列车运行提供电能，既节能又环保。然而，现有技术中，对城轨列车风力发电进行利用却存在如下的问题：首先，风力的不稳定将造成通过风力发电输出的交流电功率波动较大，将该交流电整流成直流后接入城轨列车供电系统，将会造成直流接触网的能量波动；其次，如果出现风力发电机、整流器等设备的短路故障，也会直流影响到城轨列车供电系统的可靠性；上述情况都将影响通过该接触网供电的列车正常运行。事实上，如果既能利用城轨列车风力发电产生的电能为列车运行或隧道内的用电设备提供能源，还能实现对已有城轨列车供电系统再生制动能量的储存及利用，将可减小城轨列车供电系统中的超级电容等储能单元和能量回馈逆变器的配置容量，从而降低这些设备的投入成本。
技术实现思路
针对
技术介绍
的问题，本专利技术提供一种城轨列车风力发电能量综合利用系统，同时还提供一种针对上述城轨列车风力发电能量综合利用系统的控制方法，以解决如何既能充分利用城轨列车运行过程中产生的风力发电为列车行驶和用电设备提供能源，又不会影响城轨列车供电系统的稳定性和可靠性，同时还能降低城轨列车供电系统中储能单元等设备的投入成本的问题。为实现本专利技术的目的，本专利技术提供了一种城轨列车风力发电能量综合利用系统，其创新点在于：包括风力发电装置、蓄电池充电电路、第一蓄电池组、第二蓄电池组、第一荷电检测单元、第二荷电检测单元、逆变器、用电设备、DC/DC双向变换器、城轨列车供电系统和协调控制模块；所述风力发电装置的风机及所述用电设备均设置在列车通行的隧道内；所述蓄电池充电电路与风力发电装置连接；所述第一蓄电池组通过第一开关与蓄电池充电电路连接；所述第二蓄电池组通过第二开关与蓄电池充电电路连接；所述第一荷电检测单元与第一蓄电池组连接，用于检测第一蓄电池组的剩余容量；所述第二荷电检测单元与第二蓄电池组连接，用于检测第二蓄电池组的剩余容量；所述第一蓄电池组通过第三开关与DC/DC双向变换器连接，第一蓄电池组通过第四开关与逆变器连接；所述第二蓄电池组通过第五开关与DC/DC双向变换器连接，第二蓄电池组通过第六开关与逆变器连接；所述DC/DC双向变换器与城轨列车供电系统连接；所述逆变器与用电设备连接；所述风力发电装置用于将列车通过隧道时产生的风力转化为电能输出；所述蓄电池充电电路用于将风力发电装置输出的电能传输给蓄电池组充电；所述逆变器用于将蓄电池组输出的直流电逆变成交流电，供所述用电设备使用；DC/DC双向变换器用于实现蓄电池组与城轨列车供电系统之间的能量流动；所述协调控制模块能对各个输入信号进行处理并输出相应的控制信号，协调控制模块的输入信号包括：风力发电装置的工作状态信号和2个荷电状态检测单元的检测信号；协调控制模块的输出信号包括：6个开关的控制信号、DC/DC双向变换器的控制信号和逆变器的控制信号。本专利技术还提供了一种针对上述城轨列车风力发电能量综合利用系统的控制方法，其创新点在于：所述的控制方法包括：(一)当列车驶入隧道产生的风力使风力发电装置开始工作并输出电能时，风力发电装置将发电工作状态信号发送给协调控制模块；(二)协调控制模块获取到风力发电装置的发电工作状态信号后采集2个荷电状态检测单元的检测信号，并比较2个蓄电池组的剩余容量大小；如第一蓄电池组的剩余容量大于第二蓄电池组的剩余容量，则进入步骤(三A)；如第一蓄电池组的剩余容量小于第二蓄电池组的剩余容量，则进入步骤(三B)；如第一蓄电池组的剩余容量等于第二蓄电池组的剩余容量，则随机选择进入步骤(三A)或步骤(三B)；(三A)协调控制模块控制第二开关、第三开关和第六开关均选通，同时，协调控制模块控制第一开关、第四开关和第五开关均关断；此时，蓄电池充电电路、第二蓄电池组和逆变器三者连通，第二蓄电池组与DC/DC双向变换器断开，第一蓄电池组与蓄电池充电电路断开，第一蓄电池组与DC/DC双向变换器连通，第一蓄电池组与逆变器断开；然后进入步骤(四)；(三B)协调控制模块控制第二开关、第三开关和第六开关均关断，同时，协调控制模块控制第一开关、第四开关和第五开关均选通；此时，蓄电池充电电路、第一蓄电池组和逆变器三者连通，第一蓄电池组与DC/DC双向变换器断开，第二蓄电池组与蓄电池充电电路断开，第二蓄电池组与DC/DC双向变换器连通，第二蓄电池组与逆变器断开；然后进入步骤(四)；(四)协调控制模块控制逆变器工作在逆变状态，将与逆变器连接的蓄电池组的电能逆变回馈给用电设备使用；同时，协调控制模块控制DC/DC双向变换器的开关状态，使与DC/DC双向变换器连接的蓄电池组实现与城轨列车供电系统之间的能量流动；(五)当列车驶出隧道，风力发电装置停止工作后，风力发电装置将停机工作状态信号发送给协调控制模块；(六)协调控制模块获取到风力发电装置的停机工作状态信号后，控制2个蓄电池组与蓄电池充电电路之间的开关均关断，使2个蓄电池组与蓄电池充电电路均断开。本专利技术的原理如下：现有技术中，由于利用列车行驶过程中产生的风力发电功率不稳定，将其直接接入城轨列车供电系统将影响列车直流接触网的稳定性和可靠性，从而影响列车正常运行。专利技术人巧妙地设计了本专利技术所述的系统，通过电子开关电路，灵活地实现了对两个蓄电池组的控制。当风力发电装置工作时，只对其中一个蓄电池组进行充电，对另一个蓄电池组不充电，同时将不充电的蓄电池组通过DC/DC双向变换器连接至城轨列车供电系统。通过对电子开关的组合控制将两个回路隔离开，使风力发电系统不会影响到城轨列车供电系统的直流接触网。为了最大程度地利用和储存风力发电能源，专利技术人在2个蓄电池组上分别设置了一个荷电检测单元，用以检测2个蓄电池组的剩余容量。当风力发电装置工作时，首先通过2个荷电检测单元检测2个蓄电池组的剩余容量，协调控制模块比较2个蓄电池组的剩余容量，然后控制电子开关将剩余容量较小的蓄电池组与蓄电池充电电路连接，以最大限度利用当次风力发电为蓄电池组充电。更进一步地，当其中一个蓄电池组通过风力发电充电的同时，控制该蓄电池组与逆变器连接，逆变器再与隧道内的用电设备连接，使风力发电为蓄电池充电的同时，还能为隧道内的用电设备提供电能，以充分利用风力发电的能量。而接入城轨列车供电系统的蓄电池组一方面可为列车运行提供能量，以间接利用风力发电的电能，另一方面，在设置了如超级电容器组等储能单元的城轨列车供电系统中，蓄电池组还能与超级电容器组结合实现混合储能，当列车制动产生的再生制动能量超级电容器组无法完全吸收时，蓄电池组也可以作为辅助储能装置吸收剩余的列车再生制动能量。所以，完全可以减小像超级电容器组这样成本较高的设备的配置容量，从而降低这部分设施的投入成本。由此可见，本专利技术具有如下的有益效果：采用本专利技术所述的系统和方法，既能充分利用城轨列车运行过程中产生的风力发电为列车行驶和隧道内用电设备提供能源，又不会影响城轨列车供电系统的稳定性和可靠性，同时还能降低城轨列车供电系统中储本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城轨列车风力发电能量综合利用系统，其特征在于：包括风力发电装置(1)、蓄电池充电电路(2)、第一蓄电池组(3)、第二蓄电池组(4)、第一荷电检测单元(5)、第二荷电检测单元(6)、逆变器(7)、用电设备(8)、DC/DC双向变换器(9)、城轨列车供电系统(10)和协调控制模块；所述风力发电装置(1)的风机(101)及所述用电设备(8)均设置在列车通行的隧道内；所述蓄电池充电电路(2)与风力发电装置(1)连接；所述第一蓄电池组(3)通过第一开关(11)与蓄电池充电电路(2)连接；所述第二蓄电池组(4)通过第二开关(12)与蓄电池充电电路(2)连接；所述第一荷电检测单元(5)与第一蓄电池组(3)连接，用于检测第一蓄电池组(3)的剩余容量；所述第二荷电检测单元(6)与第二蓄电池组(4)连接，用于检测第二蓄电池组(4)的剩余容量；所述第一蓄电池组(3)通过第三开关(13)与DC/DC双向变换器(9)连接，第一蓄电池组(3)通过第四开关(14)与逆变器(7)连接；所述第二蓄电池组(4)通过第五开关(15)与DC/DC双向变换器(9)连接，第二蓄电池组(4)通过第六开关(16)与逆变器(7)连接；所述DC/DC双向变换器(9)与城轨列车供电系统(10)连接；所述逆变器(7)与用电设备(8)连接；所述风力发电装置(1)用于将列车通过隧道时产生的风力转化为电能输出；所述蓄电池充电电路(2)用于将风力发电装置(1)输出的电能传输给蓄电池组充电；所述逆变器(7)用于将蓄电池组输出的直流电逆变成交流电，供所述用电设备(8)使用；DC/DC双向变换器(9)用于实现蓄电池组与城轨列车供电系统(10)之间的能量流动；所述协调控制模块能对各个输入信号进行处理并输出相应的控制信号，协调控制模块的输入信号包括：风力发电装置(1)的工作状态信号和2个荷电状态检测单元的检测信号；协调控制模块的输出信号包括：6个开关的控制信号、DC/DC双向变换器(9)的控制信号和逆变器(7)的控制信号。...

【技术特征摘要】
1.一种城轨列车风力发电能量综合利用系统，其特征在于：包括风力发电装置(1)、蓄电池充电电路(2)、第一蓄电池组(3)、第二蓄电池组(4)、第一荷电检测单元(5)、第二荷电检测单元(6)、逆变器(7)、用电设备(8)、DC/DC双向变换器(9)、城轨列车供电系统(10)和协调控制模块；所述风力发电装置(1)的风机(101)及所述用电设备(8)均设置在列车通行的隧道内；所述蓄电池充电电路(2)与风力发电装置(1)连接；所述第一蓄电池组(3)通过第一开关(11)与蓄电池充电电路(2)连接；所述第二蓄电池组(4)通过第二开关(12)与蓄电池充电电路(2)连接；所述第一荷电检测单元(5)与第一蓄电池组(3)连接，用于检测第一蓄电池组(3)的剩余容量；所述第二荷电检测单元(6)与第二蓄电池组(4)连接，用于检测第二蓄电池组(4)的剩余容量；所述第一蓄电池组(3)通过第三开关(13)与DC/DC双向变换器(9)连接，第一蓄电池组(3)通过第四开关(14)与逆变器(7)连接；所述第二蓄电池组(4)通过第五开关(15)与DC/DC双向变换器(9)连接，第二蓄电池组(4)通过第六开关(16)与逆变器(7)连接；所述DC/DC双向变换器(9)与城轨列车供电系统(10)连接；所述逆变器(7)与用电设备(8)连接；所述风力发电装置(1)用于将列车通过隧道时产生的风力转化为电能输出；所述蓄电池充电电路(2)用于将风力发电装置(1)输出的电能传输给蓄电池组充电；所述逆变器(7)用于将蓄电池组输出的直流电逆变成交流电，供所述用电设备(8)使用；DC/DC双向变换器(9)用于实现蓄电池组与城轨列车供电系统(10)之间的能量流动；所述协调控制模块能对各个输入信号进行处理并输出相应的控制信号，协调控制模块的输入信号包括：风力发电装置(1)的工作状态信号和2个荷电状态检测单元的检测信号；协调控制模块的输出信号包括：6个开关的控制信号、DC/DC双向变换器(9)的控制信号和逆变器(7)的控制信号。2.一种城轨列车风力发电能量综合利用系统的控制方法，其特征在于：所涉及的硬件包括风力发电装置(1)、蓄电池充电电路(2)、第一蓄电池组(3)、第二蓄电池组(4)、第一荷电检测单元(5)、第二荷电检测单元(6)、逆变器(7)、用电设备(8)、DC/DC双向变换器(9)、城轨列车供电系统(10)和协调控制模块；所述风力发电装置(1)的风机(101)及所述用电设备(8)均设置在列车通行的隧道内；所述蓄电池充电电路(2)与风力发电装置(1)连接；所述第一蓄电池组(3)通过第一开关(11)与蓄电池充电电路(2)连接；所述第二蓄电池组(4)通过第二开关(12)与蓄电池充电电路(2)连接；所述第一荷电检测单元(5)与第一蓄电池组(3)连接，用于检测第一蓄电池组(3)的剩余容量；所述第二荷电检测单元(6)与第二蓄电池组(4)连接，用于检测第二蓄电池组(4)的剩余容量；所述第一蓄电池组(3)通过第三开关(13)与DC/DC双向变换器(9)连接，第一蓄电池组(3)通过第四开关(14)与逆变器(7)连接；所述第二蓄电池组(4)通过第五开关(15)与DC/DC双向变换器(9)连接，第二蓄电池组(4)通过第六开关(16)与逆变器(7)连接；所述DC/DC双向变换器(9)与城轨列车...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐凯，何周阳，徐洁，何立兰，王乙羽，袁浩轩，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50