城市轨道交通再生制动能量回收装置的配置系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种城市轨道交通再生制动能量回收装置的配置系统及方法，依次包括以下步骤：首先计算出牵引变电所n预设的再生制动能量回收装置的初步配置容量Pn，其次求得所述再生制动能量回收装置的优化配置容量Qn；进而对所述再生制动能量回收装置的安装总数M进行配置；最后对所述再生制动能量回收装置的类型进行配置。本发明专利技术的配置方法通过对再生制动能量回收装置的容量及数量的合理配置，使得再生制动能量可以被充分吸收，减少了制动电阻的能量消耗，同时避免了再生制动能量回收装置的闲置浪费减少了购置成本，通过对再生制动能量回收装置类型的合理配置可以避免单一再生制动能量回收装置存在的不足。

Configuration system and method of regenerative braking energy recovery device for Urban Rail Transit

The invention provides a configuration system and method of regenerative braking energy recovery device for urban rail transit, which comprises the following steps in sequence: firstly, the initial configuration capacity Pn of the regenerative braking energy recovery device preset by traction substation n is calculated; secondly, the optimized configuration capacity Qn of the regenerative braking energy recovery device is obtained; The total mounting number M of the regenerative braking energy recovery device is configured, and finally the type of the regenerative braking energy recovery device is configured. The configuration method of the invention makes the regenerative braking energy be fully absorbed, reduces the energy consumption of the braking resistance, avoids the idle waste of the regenerative braking energy recovery device, and reduces the purchase cost by reasonably allocating the capacity and quantity of the regenerative braking energy recovery device. The reasonable configuration of the recovery device can avoid the shortcomings of the single regenerative braking energy recovery device.

【技术实现步骤摘要】
城市轨道交通再生制动能量回收装置的配置系统及方法
本专利技术属于城市轨道交通再生制动能量回收领域，尤其涉及一种城市轨道交通再生制动能量回收装置的配置系统及方法。
技术介绍
地铁运营成本中地铁电能消耗占很大部分。城市轨道交通车辆普遍采用“再生制动+电阻制动+机械制动”的制动方式，再生制动将列车动能转换成电能反馈至供电网，部分再生制动的能量可以被线路上相邻车辆吸收。如再生能量不能被临车吸收，再生能量将被电阻吸收或切换为空气制动，制动能量将被白白浪费，同时还会带来隧道温升和粉尘污染等问题。为了提高列车再生制动利用率，减少运营电能消耗，降低运营成本，同时减少大气污染，一般采用在城市轨道交通系统中配置再生制动能量回收装置的方式回收利用制动能量。目前主流的再生能量回收方式分为能馈型和储能型两大类。能馈型再生能量回收装置利用逆变器将直流供电网中多余的再生制动能量逆变成交流电，并通过能馈变压器反馈交流中压网络，供同一中压电网下其他负载应用，达到节能的目的，储能型再生能量回收方式，将储能介质通过开关设备和双向DC/DC变换器与变电所直流母线相连，在列车制动时吸收再生制动能量并在列车牵引时放出，其采用超级电容作为储能介质的吸收方式应用较为成熟。地铁列车再生制动给地铁直流供电系统带来了极大的不稳定性，传统储能型和能馈型再生能量回收装置替代制动电阻，分别利用不同的方法，吸收由再生制动引起的供给与消耗不平衡功率(能量)，维持直流供电系统稳定。储能方式将不平衡能量存储起来留在了直流系统中，而能馈方式则将这部分能量反馈回中压环网，通过环网提供给其他负荷。这两种方式均有其优势，也存在着不足。能馈装置有容量大、占地空间小等优点。加入能馈装置后直流供电系统与交流中压环网之间的能量实现双向流动，加剧了系统能量流动的复杂性。由于中压环网负荷仍存在波动，在实际应用中，仍存在着向更高电压等级电力系统返送电的问题，同时由于中压环网与直流供电网存在多处连通，能馈装置工作时还存在环流问题。而储能方式有着接口简单不与交流电网发生关系，并有抑制网压跌落的效果，但由于能量吸收受到储能介质容量的制约，配置足够多的储能容量会大幅度提高设备体积与成本，降低设备的经济性，且，如果再生能量回收装置的容量配置过小，则在列车大功率制动时不能有效的吸收再生能量，造成制动电阻消耗增多，不利于长期节能；如果再生能量回收装置的容量配置过大，则增加了设备购置成本，造成装置容量闲置浪费。目前，全国有超过20条地铁线路安装了再生制动能量回收装置，主要集中在北京、重庆、郑州、长沙、成都等地，但大部分线路都是在某一个或某几个牵引所内安装了再生能量回收装置，安装的目的只是单纯的能回收多少能量就回收多少未对装置的配置进行科学合理的计算。目前针对整条地铁线路的再生制动能量回收装置的计算配置尚没有科学系统的计算方法。鉴于此，有必要提供一种能够合理配置城市轨道交通再生制动能量回收装置的城市轨道交通再生制动能量回收装置的配置系统及方法。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种能够合理配置城市轨道交通再生制动能量回收装置的城市轨道交通再生制动能量回收装置的配置方法。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种城市轨道交通再生制动能量回收装置的配置方法，所述城市轨道交通再生制动能量回收装置的配置方法依次包括以下步骤：步骤S1:首先进行列车牵引仿真计算，根据列车牵引仿真计算结果进一步进行列车供电仿真计算，求出牵引变电所n的再生制动功率Sn(t)，然后根据牵引变电所n的再生制动功率Sn(t)计算出牵引变电所n预设的再生制动能量回收装置的初步配置容量Pn，其中n∈{1，2，3，…，N},N为总的牵引变电所个数；步骤S2:依据再生制动能量回收装置的初步配置容量Pn结合现有再生制动能量回收装置的规格及当再生制动能量回收装置在失效情况下，相邻再生制动能量回收装置能够充分吸收该失效的所述再生制动能量回收装置所要吸收的再生制动能量对所述再生制动能量回收装置进行容量优化配置，求得所述牵引变电所n所对应的所述再生制动能量回收装置的优化配置容量Qn；步骤S3:依据再生制动能量回收装置的优化配置容量Qn大小对所述再生制动能量回收装置的安装总数M进行配置；步骤S4:依据优化配置容量Qn大小和所述再生制动能量回收装置的安装总数M及所述再生制动能量回收装置的位置进一步对所述牵引变电所n的所述再生制动能量回收装置的类型进行配置。作为优选，所述步骤S1包括以下步骤：步骤S11:列车牵引仿真计算：牵引仿真计算模块的牵引仿真算法通过车辆信息参数、动力性能参数、阻力参数、牵引特性及电制动特性参数可求得牵引能耗-速度曲线及再生能量-速度曲线；步骤S12:列车供电仿真计算：供电仿真计算模块的供电仿真算法通过牵引仿真计算模块计算求得的牵引能耗-速度曲线及再生能量-速度曲线结合供电线路阻抗参数、牵引所位置参数和容量及发车对数可求得所述牵引变电所n的再生制动功率Sn(t)；步骤S13:再生制动能量回收装置容量初步配置计算：通过求得的所述牵引变电所n的再生制动功率Sn(t)对所述牵引变电所n的所述再生制动能量回收装置的容量进行初步配置。作为优选，所述步骤S13包括以下步骤：步骤S131:根据列车供电仿真计算求得的所述牵引变电所n的再生制动功率Sn(t)可得不同发车间隔x下所对应的再生制动功率snx(t)，其中，x∈{1，2，3，…，X}，X表示发车间隔个数，发车间隔x与地铁运行计划有关；步骤S132:根据不同发车间隔x下的再生制动功率snx(t)求所述牵引变电所n对应发车间隔x下不同连续时间T内再生制动功率的有效值集合Snx，其中T与列车最高运行有关；步骤S133:根据有效值集合Snx求得对应发车间隔x下不同连续时间T内的最大再生制动功率有效值Pnx；步骤S134:求所述牵引变电所n对应的所述再生制动能量回收装置的初步配置容量Pn，其中，Pn＝Max{Pn1,Pn2,...,Pnx,...,PnX}。作为优选，所述步骤S2包括以下步骤：步骤S21:根据所述再生制动能量回收装置的初步配置容量Pn结合现有再生制动能量回收装置的规格折算出实际配置容量Zn；步骤S22:判断当再生制动能量回收装置在失效情况下，相邻再生制动能量回收装置是否能够完全吸收该失效的所述再生制动能量回收装置所要吸收的再生制动能量，若能够完全吸收，则相邻所述再生制动能量回收装置的实际配置容量Zn即为优化配置容量Qn；若不能完全吸收，则相邻所述再生制动能量回收装置增加整倍数的再生制动能量回收装置的容量单元值求得优化配置容量Qn。作为优选，所述步骤S22包括以下步骤：步骤S221：根据步骤S13求出该失效的所述再生制动能量回收装置所对应的初步配置容量Pn、发车间隔x及对应发车间隔x下不同连续时间T内的最大再生制动功率有效值Pnx，同时求出相邻所述再生制动能量回收装置对应发车间隔x下不同连续时间T内的最大再生制动功率有效值P(n-1)x和P(n+1)x；步骤S222：判断Zn-1+Zn+1≥P(n-1)x+Pnx+P(n+1)x是否成立，若成立，则相邻牵引变电所n-1及牵引变电所n+1的实际容量配置Zn-1和Zn+1保持不变，若不成立，则执行步骤S223；步骤S22本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市轨道交通再生制动能量回收装置的配置方法，其特征在于：所述城市轨道交通再生制动能量回收装置的配置方法依次包括以下步骤：步骤S1:首先进行列车牵引仿真计算，根据列车牵引仿真计算结果进一步进行列车供电仿真计算，求出牵引变电所n的再生制动功率Sn(t)，然后根据牵引变电所n的再生制动功率Sn(t)计算出牵引变电所n预设的再生制动能量回收装置的初步配置容量Pn，其中n∈{1，2，3，…，N},N为总的牵引变电所个数；步骤S2:依据再生制动能量回收装置的初步配置容量Pn结合现有再生制动能量回收装置的规格及当再生制动能量回收装置在失效情况下，相邻再生制动能量回收装置能够充分吸收该失效的所述再生制动能量回收装置所要吸收的再生制动能量对所述再生制动能量回收装置进行容量优化配置，求得所述牵引变电所n所对应的所述再生制动能量回收装置的优化配置容量Qn；步骤S3:依据再生制动能量回收装置的优化配置容量Qn大小对所述再生制动能量回收装置的安装总数M进行配置；步骤S4:依据优化配置容量Qn大小和所述再生制动能量回收装置的安装总数M及所述再生制动能量回收装置的位置进一步对所述牵引变电所n的所述再生制动能量回收装置的类型进行配置。...

【技术特征摘要】
1.一种城市轨道交通再生制动能量回收装置的配置方法，其特征在于：所述城市轨道交通再生制动能量回收装置的配置方法依次包括以下步骤：步骤S1:首先进行列车牵引仿真计算，根据列车牵引仿真计算结果进一步进行列车供电仿真计算，求出牵引变电所n的再生制动功率Sn(t)，然后根据牵引变电所n的再生制动功率Sn(t)计算出牵引变电所n预设的再生制动能量回收装置的初步配置容量Pn，其中n∈{1，2，3，…，N},N为总的牵引变电所个数；步骤S2:依据再生制动能量回收装置的初步配置容量Pn结合现有再生制动能量回收装置的规格及当再生制动能量回收装置在失效情况下，相邻再生制动能量回收装置能够充分吸收该失效的所述再生制动能量回收装置所要吸收的再生制动能量对所述再生制动能量回收装置进行容量优化配置，求得所述牵引变电所n所对应的所述再生制动能量回收装置的优化配置容量Qn；步骤S3:依据再生制动能量回收装置的优化配置容量Qn大小对所述再生制动能量回收装置的安装总数M进行配置；步骤S4:依据优化配置容量Qn大小和所述再生制动能量回收装置的安装总数M及所述再生制动能量回收装置的位置进一步对所述牵引变电所n的所述再生制动能量回收装置的类型进行配置。2.根据权利要求1所述的城市轨道交通再生制动能量回收装置的配置方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下步骤：步骤S11:列车牵引仿真计算：牵引仿真计算模块的牵引仿真算法通过车辆信息参数、动力性能参数、阻力参数、牵引特性及电制动特性参数可求得牵引能耗-速度曲线及再生能量-速度曲线；步骤S12:列车供电仿真计算：供电仿真计算模块的供电仿真算法通过牵引仿真计算模块计算求得的牵引能耗-速度曲线及再生能量-速度曲线结合供电线路阻抗参数、牵引所位置参数和容量及发车对数可求得所述牵引变电所n的再生制动功率Sn(t)；步骤S13:再生制动能量回收装置容量初步配置计算：通过求得的所述牵引变电所n的再生制动功率Sn(t)对所述牵引变电所n的所述再生制动能量回收装置的容量进行初步配置。3.根据权利要求2所述的城市轨道交通再生制动能量回收装置的配置方法，其特征在于：所述步骤S13包括以下步骤：步骤S131:根据列车供电仿真计算求得的所述牵引变电所n的再生制动功率Sn(t)可得不同发车间隔x下所对应的再生制动功率snx(t)，其中，x∈{1，2，3，…，X}，X表示发车间隔个数，发车间隔x与地铁运行计划有关；步骤S132:根据不同发车间隔x下的再生制动功率snx(t)求所述牵引变电所n对应发车间隔x下不同连续时间T内再生制动功率的有效值集合Snx，其中T与列车最高运行有关；步骤S133:根据有效值集合Snx求得对应发车间隔x下不同连续时间T内的最大再生制动功率有效值Pnx；步骤S134:求所述牵引变电所n对应的所述再生制动能量回收装置的初步配置容量Pn，其中，Pn＝Max{Pn1,Pn2,...,Pnx,...,PnX}。4.根据权利要求3所述的城市轨道交通再生制动能量回收装置的配置方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下步骤：步骤S21:根据所述再生制动能量回收装置的初步配置容量Pn结合现有再生制动能量回收装置的规格折算出实际配置容量Zn；步骤S22:判断当再生制动能量回收装置在失效情况下，相邻再生制动能量回收装置是否能够完全吸收该失效的所述再生制动能量回收装置所要吸收的再生制动能量，若能够完全吸收，则相邻所述再生制动能量回收装置的实际配置容量Zn即为优化配置容量Qn；若不能完全吸收，则相邻所述再生制动能量回收装置增加整倍数的再生制动能量回收装置的容量单元值求得优化配置容量Qn。5.根据权利要求4所述的城市轨道交通再生制动能量回收装置的配置方法，其特征在于：所述步骤S22包括以下步骤：步骤S221：根据步骤S13求出该失效的所述再生制动能量回收装置所对应的初步配置容量Pn、发车间隔x及对应发车间隔x下不同连续时间T内的最大再生制动功率有效值Pnx，同时求出相邻所述再生制动能量回收装置对应发车间隔x下不同连续时间T内的最大再生制动功率有效值P(n-1)x和P(n+1)x...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚伟，张国红，刘陆洲，王通，任晓辉，张艳东，王昆，段鹏飞，杨现仃，刘伟，杨阳，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37