一种用于超级电容储能式有轨电车的充电装置及充电方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于超级电容储能式有轨电车的充电装置及充电方法，包括前级DC/DC升压变换器和后级DC/DC降压变换器，所述DC/DC升压变换器采用四相交错的Boost电路进行并联，所述DC/DC降压变换器采用四相交错的Buck电路进行并联，所述Boost电路与所述Buck电路通过直流母线进行互连，整个系统通过将直流母线电压控制在DC1050V来实现对有轨电车车载超级电容稳定输出DC0‑900V的充电电压；本发明专利技术还公开了一种用于超级电容储能式有轨电车的充电方法，前级Boost电路采用电压外环、电流内环的双闭环控制方式，后级Buck电路采用先恒流限压控制后转换为恒压限流控制的方式，同时，跟踪后级Buck电路的输出电流值并前馈至前级Boost电路，使得直流母线电压能稳定控制在DC1050V。

A charging device and method for super capacitor energy storage tram

【技术实现步骤摘要】
一种用于超级电容储能式有轨电车的充电装置及充电方法
本专利技术涉及交通工程充电
，具体涉及一种用于超级电容储能式有轨电车的充电装置及充电方法。
技术介绍
：现代有轨电车具有美观、环保、资源节约的适应小曲线半径和大坡度运行，单向可以适应从0.5万～1.5万人次/小时的客流需求，设计时速可达70～80km/h，一般运营中噪音比城市背景交通还低。且随着对超级电容的研究开发，其能量密度和功率密度得到大幅提升，其快速充放电的特性也适用于频繁启停的城市轨道交通。超级电容储能式有轨电车，其储能电源可吸收车辆再生能量，效率达85％以上，同比传统受电方式的轨道交通车辆，可降低牵引能耗20％以上，由于取消了接触网或第三轨的供电线路，区间无需考虑钢轨杂散回流电流的处理措施，在一定程度上降低线路和供电系统的初期投资，且大大改善了沿线道路尤其是交叉口的城市景观。基于此，近年来储能式有轨电车在中、大城市不断得到发展和推广。目前，国内现有新型储能式有轨电车供电系统主要以AC10kV供电和DC1500V供电为主要形式。其中，AC10kV供电属于分散式供电系统，每个充电装置需要单独配置降压变压器，同时集成整流功能和直流变换功能，整个系统可靠性高，但成本及设计较为复杂。DC1500V供电为常规标准的地铁供电制式，充电装置设计较为简单，只需具备降压功能即可，故为目前最常用的储能式有轨电车供电系统。由于历史遗留原因，国内还有部分新设计的储能式有轨电车供电系统为DC750V，供电电压波动范围为DC500～900V，输出车载超级电容电压范围为DC0～900V，输入和输出都为宽范围，从电压高低的角度看，有时工作在升压、有时工作在降压，考虑到大功率直流充电为非隔离设计，系统拓扑设计较为困难，因此很有必要对系统供电制式和装置拓扑做进一步深化研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于超级电容储能式有轨电车的充电装置及充电方法，以解决现有技术中导致的大功率直流充电的系统拓扑困难的缺陷。一种用于超级电容储能式有轨电车的充电装置，包括依次连接的输入回路、前级DC/DC升压变换器、后级DC/DC降压变换器和输出回路；所述输入回路包括依次连接的输入防雷、输入隔离开关、输入接触器和输入快熔，所述输入接触器的两端并联有预充电回路，所述输入接触器和输入快熔之间连接有输入稳压电容和电阻；输入防雷由快熔与避雷器串联组成，输入隔离开关由两个同型号隔离开关并联组成，输入接触器由两个同型号接触器并联组成，输入快熔串联于每相Boost支路的输入端正极，预充电回路由快熔、接触器和电阻串联组成；所述前级DC/DC升压变换器的输入端与所述输入回路的输出端相连接，其输出端与所述后级DC/DC降压变换器的输入端相连；所述后级DC/DC降压变换器的输出端与所述输出回路相连接；所述输出回路包括依次相连的输出快熔、钳位二极管、输出接触器、输出隔离开关和输出防雷，所述输出快熔和钳位二极管之间连接有输出稳压电容和电阻，输出快熔串联于每相Buck支路输出端正极，输出防雷由快熔与避雷器串联组成。进一步的，所述前级DC/DC升压变换器与所述后级DC/DC降压变换器级联的正、负直流母线上并联有撬棒电路，所述撬棒电路由IGBT模组和电阻串联组成。进一步的，所述前级DC/DC升压变换器与所述后级DC/DC降压变换器相连的正、负直流母线上并联有放电支路，所述放电支路由若干个相同电阻进行相互并联后再与接触器串联组成。进一步的，所述前级DC/DC升压变换器，采用四相交错的Boost电路进行并联，每相Boost电路工作时间依次错开1/4个周期。进一步的，所述后级DC/DC降压变换器，采用四相交错的Buck电路进行并联，每相Buck电路工作时间依次错开1/4个周期。一种用于超级电容储能式有轨电车的充电方法，所述方法包括如下步骤：待充电车辆与充电装置连接完成后开始对待充电车辆充电；采用第一级充电模式对待充电车辆进行充电；检测到超级电容的电压达到预设的阈值时转换为第二级充电模式对待充电车辆充电；采用稳压模式保证后级DC/DC降压变换器在第一级充电模式和第二级充电模式下的输入电压稳定；达到充电标准，充电完成，停止充电。进一步的，待充电车辆与充电装置连接完成的判断方法包括如下步骤：待充电车辆进站，充电装置的充电轨与待充电车辆的受电弓接触；检测充电轨与受电弓处的电压；当电压大于设定阈值时，则认为接触有效可以充电。进一步的，所述第一级充电模式为恒流限压模式，所述恒流限压模式的充电控制方法包括如下步骤：采样充电装置输出端的充电电流，经过比例系数换算输入直流电流PI控制器；直流电流PI控制器将采样值与设定值作比较，经过积分放大后输出调制波与三角载波作比较，在调制波与三角载波的交点时刻控制IGBT的通断，得到电流PWM控制信号。进一步的，所述第二级充电模式为恒压限流模式，所述恒流限压模式的充电控制方法包括如下步骤：采样超级电容电压，经过比例系数换算送进充电电压PI控制器；充电电压PI控制器将采样值与设定值作比较，经过积分放大后输出调制波与三角载波作比较，在调制波与三角载波的交点时刻控制IGBT的通断，得到电压PWM控制信号。进一步的，达到充电标准判断方法为：当处于第二级充电模式时，充电电流下降至阈值；或超级电容电压达到阈值，并保证第二级充电模式稳定后，则判断充电完成。进一步的，所述稳压模式为电压外环、电流内环的双闭环控制模式，所述电压外环、电流内环的双闭环控制模式的充电控制方法包括如下步骤：所述电压外环，电压PI调节器根据采集的直流母线电压实际值和给定的电压固定值进行调节，输出电流指令；所述电流内环，根据电压外环给出的电流指令对Boost变换器的输入电流进行控制；电压外环以直流母线电压为控制量，给定值为固定值1050V，反馈值为直流母线电压实际采样值，经电压PI调节器调节，电压PI调节器的输出叠加Buck变换器的输出电流之和作为电流内环给定值，Boost变换器输入侧电流作为反馈值，经电流PI调节器调节，输出Boost变换器的占空比，控制IGBT的通断，通过该功率前馈的实施，实现对超级电容短时大功率充电时的直流母线稳压作用。本专利技术的优点在于：本专利技术的前级DC/DC升压变换器和后级DC/DC降压变换器均采用四相交错并联技术，不仅大大降低输入/输出电流纹波，同时大大提高整个充电装置的动态响应和效率；将后级DC/DC降压变换器的输出电流按一定比例缩放后，引入前级DC/DC升压变换器的控制单元，作为其电流环前馈，大大提高了前级DC/DC升压变换器的响应速度。当加载短时大功率负载时，直流母线电压快速稳定在设定值，有效抑制了供电网电压由于大功率负载的冲击而引起畸变，提高了电网适应性。附图说明图1为本专利技术中有轨电车充电的系统原理示意图。图2为本专利技术中有轨电车的充电装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于超级电容储能式有轨电车的充电装置，其特征在于，包括依次连接的输入回路、前级DC/DC升压变换器、后级DC/DC降压变换器和输出回路；/n所述输入回路包括依次连接的输入防雷、输入隔离开关、输入接触器和输入快熔，所述输入接触器的两端并联有预充电回路，所述输入接触器和输入快熔之间连接有输入稳压电容和电阻；/n所述前级DC/DC升压变换器的输入端与所述输入回路的输出端相连接，其输出端与所述后级DC/DC降压变换器的输入端相连；/n所述后级DC/DC降压变换器的输出端与所述输出回路相连接；/n所述输出回路包括依次相连的输出快熔、钳位二极管、输出接触器、输出隔离开关和输出防雷，所述输出快熔和钳位二极管之间连接有输出稳压电容和电阻。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于超级电容储能式有轨电车的充电装置，其特征在于，包括依次连接的输入回路、前级DC/DC升压变换器、后级DC/DC降压变换器和输出回路；
所述输入回路包括依次连接的输入防雷、输入隔离开关、输入接触器和输入快熔，所述输入接触器的两端并联有预充电回路，所述输入接触器和输入快熔之间连接有输入稳压电容和电阻；
所述前级DC/DC升压变换器的输入端与所述输入回路的输出端相连接，其输出端与所述后级DC/DC降压变换器的输入端相连；
所述后级DC/DC降压变换器的输出端与所述输出回路相连接；
所述输出回路包括依次相连的输出快熔、钳位二极管、输出接触器、输出隔离开关和输出防雷，所述输出快熔和钳位二极管之间连接有输出稳压电容和电阻。


2.根据权利要求1所述的一种用于超级电容储能式有轨电车的充电装置，其特征在于：所述前级DC/DC升压变换器与所述后级DC/DC降压变换器级联的正、负直流母线上并联有撬棒电路，所述撬棒电路由IGBT模组和电阻串联组成。


3.根据权利要求1所述的一种用于超级电容储能式有轨电车的充电装置，其特征在于：所述前级DC/DC升压变换器与所述后级DC/DC降压变换器相连的正、负直流母线上并联有放电支路，所述放电支路由若干个相同电阻进行相互并联后再与接触器串联组成。


4.根据权利要求1所述的一种用于超级电容储能式有轨电车的充电装置，其特征在于：所述前级DC/DC升压变换器，采用四相交错的Boost电路进行并联，每相Boost电路工作时间依次错开1/4个周期。


5.根据权利要求1所述的一种用于超级电容储能式有轨电车的充电装置，其特征在于：所述后级DC/DC降压变换器，采用四相交错的Buck电路进行并联，每相Buck电路工作时间依次错开1/4个周期。


6.一种用于超级电容储能式有轨电车的充电方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
待充电车辆与充电装置连接完成后开始对待充电车辆充电；
采用第一级充电模式对待充电车辆进行充电；
检测到超级电容的电压达到预设的阈值时转换为第二级充电模式对待充电车辆充电；
采用稳压模式保证...

【专利技术属性】
技术研发人员：戎琳，封阿明，林婵娟，田炜，孙祖勇，徐峻峰，王琴，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，南瑞集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32