应用于地铁系统的能量综合利用系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种应用于地铁系统的能量综合利用系统，其包括能量回馈系统和电阻耗能系统；能量回馈系统包括能量回馈主回路和能量回馈控制模块；电阻耗能系统包括电阻耗能主回路和电阻耗能控制模块；能量回馈控制模块用于在直流母线电压U

Energy comprehensive utilization system and method applied to subway system

【技术实现步骤摘要】
应用于地铁系统的能量综合利用系统和方法
本专利技术涉及地铁系统
，具体涉及一种应用于地铁系统的能量综合利用系统，以及一种应用于地铁系统的能量综合利用方法。
技术介绍
近年来，城市地铁交通因其高效、有序和省时的交通效果，降低化石燃料的消耗，减少汽车尾气对空气的污染，以及实现节能减排的低碳优势，发展非常迅速。但是，城市地铁在运行过程中，由于运行速度快，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，需要采用制动能量吸收装置来消耗掉这些电能，造成了大量的电能浪费。因此，对地铁制动能量进行回收利用已成为现有地下交通系统缩减运营成本、节约运行能源的重要课题。目前，制动能量吸收的方式主要包括电阻耗能、电容储能、飞轮储能和逆变回馈等几种。其中，电阻耗能方式只能将电能转换为热能排掉，能源浪费严重；电容储能方式需要设置体积庞大的电容器组，占用城际铁路宝贵的地下空间；飞轮储能方式对飞轮的制作工艺要求高，而且飞轮储能制作成本很高，使用寿命不理想；逆变回馈方式是在再生制动使直流母线电压超过规定值时启动，并从直流母线处吸收电能，将再生直流电能逆变成工频交流电回馈至交流电网，以达到节能目的。为了同时实现制动能量吸收和回收利用，现有技术中，会同时采用电阻耗能系统和能量回馈系统。然而，专利技术人发现，现有的地铁电阻耗能系统和能量回馈系统是两个完全独立的系统，其中能量回馈系统很难满容量运行，一大部分制动能量被电阻耗能系统消耗掉，造成电能的浪费。如图2a至图2d所示，其中，UR_ref为电阻耗能系统工作的直流电压阀值，UH_ref为能量回馈系统工作的直流母线电压阀值，UH_max为直流母线电压最大限定值。从图中可以看出，在地铁刹车制动时，直流母线电压Udc开始升高，在t1时刻，直流母线电压Udc达到了电阻耗能系统工作的直流电压阀值UR_ref，其控制系统发指令开通开关管，电阻耗能系统开始消耗制动电能；在t2时刻，直流母线电压Udc达到了能量回馈系统工作的直流母线电压阀值UH_ref，能量回馈系统投入工作，直到制动能量消耗完。可见，电阻耗能系统在能量回馈系统未达到额度容量之前就投入工作了，而且不管能量回馈系统是否满载运行，电阻耗能系统都会消耗一定制动能量，从而造成了电能的浪费。
技术实现思路
为了至少部分解决现有技术中存在的技术问题而完成了本专利技术。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种应用于地铁系统的能量综合利用系统，其包括能量回馈系统和电阻耗能系统；所述能量回馈系统包括与直流母线电连接的能量回馈主回路，以及与所述能量回馈主回路电连接的能量回馈控制模块；所述电阻耗能系统包括与直流母线电连接的电阻耗能主回路，以及与所述电阻耗能主回路电连接的电阻耗能控制模块；所述能量回馈控制模块用于在直流母线电压Udc上升并超过能量回馈系统工作的直流母线电压阀值UH_ref时导通所述能量回馈主回路，以及在直流母线电压Udc继续上升并超过直流母线电压最大限定值UH_max时与所述电阻耗能控制模块一起导通所述电阻耗能主回路；所述能量回馈主回路用于将地铁制动时产生的能量逆变为交流电，并回馈到交流电网；所述电阻耗能主回路用于将地铁制动时产生的能量直接消耗掉。可选地，所述电阻耗能系统还包括与所述电阻耗能控制模块电连接的开关管，所述电阻耗能主回路通过所述开关管与直流母线电连接；所述电阻耗能控制模块用于在直流母线电压Udc超过电阻耗能系统工作的直流电压阀值UR_ref时控制所述开关管导通；所述电阻耗能主回路上设置有晶闸管，所述能量回馈系统还包括分别与所述能量回馈控制模块和所述晶闸管电连接的晶闸管控制回路；所述能量回馈控制模块用于在直流母线电压Udc超过直流母线电压最大限定值UH_max时向所述晶闸管控制回路发送晶闸管控制指令；所述晶闸管控制回路用于在接收到所述晶闸管控制指令后控制所述晶闸管导通，且所述晶闸管与所述开关管均导通后，所述电阻耗能主回路导通。可选地，所述晶闸管控制回路包括：脉冲变压器、第一二极管和第二二极管；所述脉冲变压器的输入侧与所述能量回馈控制模块电连接，所述脉冲变压器的输出侧的一端与所述第一二极管的阳极电连接，所述第一二极管的阴极与所述电阻耗能主回路上的晶闸管的门极电连接，所述第二二极管的阴极分别与所述第一二极管的阴极和所述晶闸管的门极电连接，所述第二二极管的阳极分别与所述脉冲变压器的输出侧的另一端和所述晶闸管的阴极电连接。可选地，所述电阻耗能主回路包括依次串联的所述晶闸管、耗能电阻和续流二极管；所述续流二极管的阴极分别与直流母线的N极和所述晶闸管的阳极电连接，所述续流二极管的阳极分别与所述开关管的集电极和所述耗能电阻的一端电连接，所述耗能电阻的另一端与所述晶闸管的阴极电连接，所述开关管的发射极与直流母线的P极电连接。可选地，所述开关管采用IGBT。可选地，所述能量回馈主回路包括DC/AC变流器和升压变压器；所述DC/AC变流器的直流侧分别与直流母线的P极和N极电连接、交流侧与所述升压变压器的输入侧电连接，所述升压变压器的输出侧与交流电网电连接。可选地，所述交流电网为35KV电网。本专利技术还提供一种应用于地铁系统的能量综合利用方法，其包括如下步骤：实时检测直流母线电压Udc；当直流母线电压Udc上升并超过能量回馈系统工作的直流母线电压阀值UH_ref时，先启动能量回馈系统；当直流母线电压Udc继续上升并超过直流母线电压最大限定值UH_max时，由所述能量回馈系统启动电阻耗能系统。可选地，所述能量综合利用方法还包括如下步骤：实时检测直流母线电流Idc；在启动所述能量回馈系统时，判断所述直流母线电压Udc与所述直流母线电流Idc是否分别在对应的标称范围内，如是，则仅使所述能量回馈系统投入工作，如否，则使所述电阻耗能系统与所述能量回馈系统一起投入工作。有益效果：本专利技术中，当直流母线电压Udc上升并超过能量回馈系统工作的直流母线电压阀值UH_ref时，使能量回馈系统优先投入工作，直至其达到额度容量，如若此时直流母线电压Udc仍然继续上升，则在直流母线电压超过直流母线电压最大限定值UH_max时，能量回馈系统的能量回馈控制模块就会向电阻耗能系统发送使其动作的控制指令，并与电阻耗能系统的电阻耗能控制模块一起控制电阻耗能系统投入工作，实现了由能量回馈系统控制电阻耗能系统投入工作的时间，而电阻耗能系统投入工作后会分担一部分制动能量，既避免了直流母线电压继续上升，又达到了更好的节能效果。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的应用于地铁系统的能量综合利用系统的结构示意图；图2a为现有技术中电阻耗能系统和能量回馈系统作为两个独立系统时，直流母线电压Udc的波形示意图；图2b为现有技术中电阻耗能系统和能量回馈系统作为两个独立系统时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于地铁系统的能量综合利用系统，其特征在于，包括能量回馈系统和电阻耗能系统；/n所述能量回馈系统包括与直流母线电连接的能量回馈主回路，以及与所述能量回馈主回路电连接的能量回馈控制模块；所述电阻耗能系统包括与直流母线电连接的电阻耗能主回路，以及与所述电阻耗能主回路电连接的电阻耗能控制模块；/n所述能量回馈控制模块用于在直流母线电压U

【技术特征摘要】
1.一种应用于地铁系统的能量综合利用系统，其特征在于，包括能量回馈系统和电阻耗能系统；
所述能量回馈系统包括与直流母线电连接的能量回馈主回路，以及与所述能量回馈主回路电连接的能量回馈控制模块；所述电阻耗能系统包括与直流母线电连接的电阻耗能主回路，以及与所述电阻耗能主回路电连接的电阻耗能控制模块；
所述能量回馈控制模块用于在直流母线电压Udc上升并超过能量回馈系统工作的直流母线电压阀值UH_ref时导通所述能量回馈主回路，以及在直流母线电压Udc继续上升并超过直流母线电压最大限定值UH_max时与所述电阻耗能控制模块一起导通所述电阻耗能主回路；
所述能量回馈主回路用于将地铁制动时产生的能量逆变为交流电，并回馈到交流电网；
所述电阻耗能主回路用于将地铁制动时产生的能量直接消耗掉。


2.根据权利要求1所述的能量综合利用系统，其特征在于，
所述电阻耗能系统还包括与所述电阻耗能控制模块电连接的开关管，所述电阻耗能主回路通过所述开关管与直流母线电连接；
所述电阻耗能控制模块用于在直流母线电压Udc超过电阻耗能系统工作的直流电压阀值UR_ref时控制所述开关管导通；
所述电阻耗能主回路上设置有晶闸管，所述能量回馈系统还包括分别与所述能量回馈控制模块和所述晶闸管电连接的晶闸管控制回路；
所述能量回馈控制模块用于在直流母线电压Udc超过直流母线电压最大限定值UH_max时向所述晶闸管控制回路发送晶闸管控制指令；所述晶闸管控制回路用于在接收到所述晶闸管控制指令后控制所述晶闸管导通，且所述晶闸管与所述开关管均导通后，所述电阻耗能主回路导通。


3.根据权利要求2所述的能量综合利用系统，其特征在于，所述晶闸管控制回路包括：脉冲变压器、第一二极管和第二二极管；所述脉冲变压器的输入侧与所述能量回馈控制模块电连接，所述脉冲变压器的输出侧的一端与所述第一二极管的阳极电连接，所述第一二极管的阴极与所述电阻耗能主回路上的晶闸管的门...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，张欢，黄声华，张伟健，房玉杰，张宝银，许勇，何文元，
申请(专利权)人：特变电工智能电气有限责任公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65