模块化地铁再生制动超级电容储能装置的闭环控制系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于独立串并联模块化地铁再生制动超级电容储能装置的闭环控制系统，包括超级电容储能装置和闭环控制系统。闭环控制系统包括主控制器和底层控制器。底层控制器安装在DC750V双向DC/DC模块中通过与相对应的DC750V双向DC/DC模块中的输出电感相连进行采样超级电容组的电流进行电流闭环控制。主控制器通过高速的CAN总线以广播模式向底层控制器下发冲放电电流指令，各底层控制器通过低速485总线向主控制器上传其工作状态。主控制器接收操作命令，并将相应的命令传输至底层控制器；从而进行直流稳压；对两组串联DC750V双向DC/DC模块进行均压闭环控制，输出两组双向DC/DC模块充放电电流指令信号，并联双向DC/DC模块接收相同的电流指令。本实用新型专利技术具有可扩展性方便并联扩容。

Closed loop control system of modular Metro regenerative braking super capacitor energy storage device

The utility model relates to a closed loop control system based on independent series parallel modularized Metro regenerative braking super capacitor energy storage device, which comprises a super capacitor energy storage device and a closed loop control system. The closed loop control system consists of the main controller and the underlying controller. The bottom controller is installed in the DC750V bidirectional DC/DC module, and is connected to the output inductor in the DC750V bidirectional DC/DC module. The current of the super capacitor group is controlled by current. The main controller sends out the impulse current instruction under the broadcast mode to the bottom controller through the high-speed CAN bus. Each bottom controller uploads its working state to the main controller through the low speed 485 bus. The master controller receives the operation command, and the command is transmitted to the bottom controller and DC;; of the two series of DC750V bidirectional DC/DC module voltage closed-loop control, the output of the two group of bidirectional DC/DC module charge discharge current command signal, parallel bidirectional DC/DC module receives the same current instruction. The utility model has the advantages of extensibility, convenient parallel expansion and capacity expansion.

【技术实现步骤摘要】
模块化地铁再生制动超级电容储能装置的闭环控制系统
本专利技术涉及城市轨道交通供电系统
，具体涉及一种模块化地铁再生制动超级电容储能装置的闭环控制系统。
技术介绍
随着城市规模的飞速扩大，现有的地面交通系统已经越来越不能满足城市生活的交通需求，要实现高效、有序、省时的交通效果，地下交通的建设在近几年显得越发的重要，任何一个大型城市，其地铁系统的覆盖范围均占城市面积的三分之一以上。在运行过程中，由于地铁运行速度快，且站点设置较多，因此，相邻两站之间的通行时间一般控制在两分钟到三分钟之间，这就导致了地铁需要频繁起动和制动，在制动过程中，会产生巨大的制动能量。对地铁制动能量进行回收利用已成为现有地下交通缩减运营成本、节约运行能源的重要课题。随着电力电子技术、超级电容储能技术的发展，地铁再生制动超级电容储能装置逐渐在地铁里得到了应用。该装置的基本原理是将列车制动过程中电机产生的再生直流电能经过双向DC/DC变流器降压后储存进入超级电容器组；在列车牵引加速过程中，超级电容器组储存的能量经过双向DC/DC变流器升压后馈送进入直流触网，实现了再生制动能量的回收再利用，有效地提高了能源的利用效率。目前对于再生制动超级电容储能装置的控制方法，现有技术方案主要有以下几种：现有技术方案一：株洲时代装备技术有限责任公司的专利技术专利《基于超级电容的储能型再生制动能量回收方法及系统》（申请号：201510186565.8），采用双向DC/DC模块串、并联的方法兼容DC750/1500V两种地铁牵引供电制式和各种功率等级需求，其控制系统采用上位机和变流模块下位控制器相结合的公共直流电压、独立变流模块电流双闭环控制方法。但没有说明上位机和下位控制器之间的通信方式和详细的功能划分。现有技术方案二：2010年南京航空航天大学冯晶晶硕士学位论文《基于超级电容的再生制动能量吸收利用技术研究》，采用了4个变流模块高压侧串联、超级电容侧独立组合的模块化结构，模块均压控制复杂。并且，该方案没有考虑变流模块、超级电容并联扩容问题，其控制系统采用CAN总线进行上、下位控制器的通信。但单一CAN总线的通信速率和容量有限，制约了底层模块数量，装置扩展性差。因此，现有技术方案均没有考虑大量底层模块的主、从控制问题。
技术实现思路
所要解决的技术问题：本专利技术提供一种具有高度可扩展性的独立串、并联模块化地铁再生制动超级电容储能装置的闭环控制系统。技术方案：一种模块化地铁再生制动超级电容储能装置的闭环控制系统，其特征在于：包括独立串并联模块化地铁再生制动超级电容储能装置和闭环控制系统。所述独立串并联模块化地铁再生制动超级电容储能装置包括直流触网、超级电容组模块和DC750V双向DC/DC模块；一组超级电容组模块与一组DC750V双向DC/DC模块相连为一组再生制动模块；所述直流触网两端串联两组再生制动模块分别为：第一再生制动模块和第二再生制动模块；所述第一再生制动模块与至少一组再生制动模块并联；所述第二再生制动模块与至少一组再生制动模块并联。所述闭环控制系统包括主控制器和底层控制器。所述底层控制器安装在DC750V双向DC/DC模块中，通过与相对应的DC750V双向DC/DC模块中的输出电感相连进行采样超级电容组的电流进行电流闭环控制。主控制器通过高速的CAN总线以广播模式向各底层控制器下发冲、放电电流指令，各底层控制器通过低速的485总线向主控制器上传其工作状态。所述主控制器接收上位监控机或者手工输入的操作命令，并将相应的命令传输至底层控制器；从而进行直流稳压；对两组串联DC750V双向DC/DC模块进行均压闭环控制，并输出两组双向DC/DC模块充、放电电流指令信号，并联双向DC/DC模块接收相同的电流指令。所述底层控制器接收主控制器下发的电流指令，通过输出电感采样超级电容组模块的电流进行电流闭环控制，并进行快速过流保护：封锁PWM脉冲、断开直流开关K1；底层控制器将对应的超级电容器组的状态信息上传至主控制器。进一步地，底层控制器检测到其对应的双向DC/DC模块故障退出运行，将该信号上传至主控制器，所述主控制器同等幅度减小两组串联双向DC/DC模块的功率输出，储能装置降额运行。进一步地，所述均压闭环控制过程还包括以下步骤：（1）人工设置直流触网电压上限目标值UdcH-ref和下限目标值UdcL-ref，并实时检测两组双向DC/DC模块的直流电压Udc1、Udc2，它们的和为直流总电压Udc-t，差为两组逆变模块的直流电压偏差Udc-n；直流总稳压控制器将UdcH-ref和UdcL-ref分别与Udc-t进行比较，当UdcH-ref＜Udc-t时，直流总稳压控制器计算UdcH-ref和Udc-t之间误差，将误差作为输入信号输入PI控制器，通过PI控制器输出超级电容充电电流指令Id-ref；当UdcL-ref＞Udc-t时，直流总稳压控制器计算UdcL-ref和Udc-t之间误差，将误差作为输入信号输入PI控制器，通过PI控制器输出超级电容放电电流指令Id-ref；直流均压控制器将指令值0和直流电压偏差Udc-n进行比较，得到之间的误差，将误差作为输入信号输入PI控制器，得到两组双向DC/DC模块的功率偏差修正量Id-n；将Id-ref减去Id-n，得到第一组双向DC/DC模块的充/放电电流指令Id1-ref，将Id-ref加上Id-n，得到第二组双向DC/DC模块的充/放电电流指令Id2-ref；Id1-ref和Id2-ref通过CAN总线分别下发给串联的上、下两组双向DC/DC模块的底层控制器；（2）上组并联的各台双向DC/DC模块的底层控制器通过CAN总线接收相同的充/放电电流指令Id1-ref；上组各模块电流控制器比较Id1-ref和各自超级电容电流I的误差，将误差作为输入信号输入PI控制器，PI控制器的输出叠加上各自连接的超级电容电压U，得到各斩波器的控制输出U1-ref；下组并联的各台双向DC/DC模块的底层控制器通过CAN总线接收相同的充/放电电流指令Id2-ref；下组各模块电流控制器比较Id2-ref和各自超级电容电流I的误差，将误差作为输入信号输入PI控制器，PI控制器的输出叠加上各自连接的超级电容电压U，得到各斩波器的控制输出U2-ref；（3）各双向DC/DC模块的控制输出U1-ref、U2-ref分别进入载波移相调制模块进行PWM调制，得到各自的2m路脉冲控制信号PWM对斩波器的2m只IGBT进行开关控制，其中m是指双向DC/DC模块采用载波移相控制的数目。有益效果：（1）本专利技术采用CAN和485双总线互相配合能有效提高通信容量，保证了装置底层控制器数量的可扩展性，方便并联扩容。（2）在本专利技术中底层控制器对双向DC/DC模块进行就近电流闭环控制，与主控制器通过总线交换信息、使系统的互连线少。（3）本方案中可以支持冗余运行、可靠性很高。附图说明图1是本专利技术公开的基于独立串并联模块化地铁再生制动超级电容储能装置的闭环控制系统结构示意图；图2是本专利技术的DC750V双向DC/DC模块内部结构示意图；图3是主控制器控制系统框图；图4是底层控制器控制系统框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行说明：如图1所示，独立串并联模块化地铁再生制动超本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化地铁再生制动超级电容储能装置的闭环控制系统，其特征在于：包括独立串并联模块化地铁再生制动超级电容储能装置和闭环控制系统；所述独立串并联模块化地铁再生制动超级电容储能装置包括直流触网、超级电容组模块和DC750V双向DC/DC模块；一组超级电容组模块与一组DC750V双向DC/DC模块相连为一组再生制动模块；所述直流触网两端串联两组再生制动模块分别为：第一再生制动模块（1‑1）和第二再生制动模块（2‑1）；所述第一再生制动模块（1‑1）与至少一组再生制动模块（1‑2）并联；所述第二再生制动模块与至少一组再生制动模块（2‑2）并联；所述闭环控制系统包括主控制器和底层控制器；所述底层控制器安装在DC750V双向DC/DC模块中，通过与相对应的DC750V双向DC/DC模块中的输出电感相连进行采样超级电容组的电流进行电流闭环控制；所述主控制器通过高速的CAN总线以广播模式向各底层控制器下发冲、放电电流指令，各底层控制器通过低速的485总线向主控制器上传其工作状态；所述主控制器负责接收上位监控机或者手工输入的操作命令，并将相应的命令传输至底层控制器，从而进行直流稳压；所述主控制器负责对两组串联DC750V双向DC/DC模块进行均压闭环控制，并输出两组双向DC/DC模块充、放电电流指令信号，并联双向DC/DC模块接收相同的电流指令；所述底层控制器负责接收主控制器下发的电流指令、通过输出电感采样超级电容组模块的电流进行电流闭环控制、进行快速过流保护即封锁PWM脉冲断开直流开关K1；底层控制器负责将对应的超级电容器组的状态信息上传至主控制器。...

【技术特征摘要】
1.一种模块化地铁再生制动超级电容储能装置的闭环控制系统，其特征在于：包括独立串并联模块化地铁再生制动超级电容储能装置和闭环控制系统；所述独立串并联模块化地铁再生制动超级电容储能装置包括直流触网、超级电容组模块和DC750V双向DC/DC模块；一组超级电容组模块与一组DC750V双向DC/DC模块相连为一组再生制动模块；所述直流触网两端串联两组再生制动模块分别为：第一再生制动模块（1-1）和第二再生制动模块（2-1）；所述第一再生制动模块（1-1）与至少一组再生制动模块（1-2）并联；所述第二再生制动模块与至少一组再生制动模块（2-2）并联；所述闭环控制系统包括主控制器和底层控制器；所述底层控制器安装在DC750V双向DC/DC模块中，通过与相对应的DC750V双向DC/DC模块中的输出电感相连进行采样超级电容组的电流进行电流闭环控制；所述主控制器通过高速的CAN总线以广播模式向各底层控制器下发冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇志凌，张明，万里强，芮国强，陈蕾，胡磊磊，李锦，许忠元，戴新月，刘定坤，葛文海，石泉，
申请(专利权)人：南京亚派科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32