一种城市轨道交通混合型再生制动能量利用系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种城市轨道交通混合型再生制动能量利用系统，系统的结构为：双向DC

【技术实现步骤摘要】
一种城市轨道交通混合型再生制动能量利用系统


[0001]本技术涉及城市轨道交通节能
，特别是一种城市轨道交通混合型再生制动能量利用系统。

技术介绍

[0002]随着城市化进程的加快，城市轨道交通具有运量大、速度快、安全准时、节能环保等优点，近年来进入了蓬勃发展时期。城轨列车在制动过程中，优先采用再生制动的方式，即将电机的工作模式由牵引耗电模式改变为制动发电模式，将列车的动能转变为电能实现列车的制动。相比于空气制动，再生制动不产生闸瓦磨损，有效降低系统维护成本，制动更平稳，尤其适用于非紧急制动。这种制动方式会产生电能(再生能量)。然而，目前城轨交通大部分牵引变电所采用二极管单向整流方式，再生能量无法反馈到交流电网，若没有牵引列车吸收能量，将导致直流母线电压急剧上升。为避免过压现象，制动列车将对再生能量进行限制，如投入制动电阻以热能的形式消耗，但这种方式既浪费能源，还会导致车体发热，减低乘车舒适性。
[0003]为了对城轨列车再生能量进行有效利用，当前较好的利用方式有：1)被牵引系统同一供电区间上处于牵引工况(非再生工况)另一列车利用，此方式无需附加设备，成本低，但同一供电区间上刚好有另一处于牵引工况列车的几率不高，其利用率有待提高。2)在牵引变电所配置逆变装置、升压变压器和滤波器，将再生能量回馈至10/35kV中压交流电网，此方式回馈功率大，利用效率高，但装置体积成本高，且会冲击中压交流电网，影响牵引供电。3)通过配置逆变装置和滤波器，将再生能量回馈至400V低压交流系统，供给车站空调、照明等站内辅助用电设备使用，此方式装置体积小，实现简单成本较低，但是容量较小，利用效率低。4)将再生能量存储在储能介质中，并在列车牵引时释放回牵引网，此方式能量利用率高，可控度高，但储能介质成本高昂，容量有限。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是提供一种城市轨道交通混合型再生制动能量利用系统及其控制方法，该系统结构简单、成本较低、可控度高，且对城轨列车再生制动能量的利用率高。
[0005]实现本技术的技术方案如下：
[0006]一种城市轨道交通混合型再生制动能量利用系统，双向DC
‑
DC变换器的输入端正、负极分别连接到三相并网逆变器的输入端正、负极和支撑电容的两端，双向DC
‑
DC变换器的输出端正、负极分别连接到超级电容的正、负极；三相并网逆变器的输出端连接到LCL滤波器的输入端；所述双向DC
‑
DC变换器的输入端正、负极分别用于连接直流母线的正、负极，LCL滤波器的输出端用于连接低压配电网的进线端。
[0007]与现有技术相比，本技术的有益效果在于：
[0008]1)能够根据再生功率与低压配电网负荷功率和三相并网逆变器最大功率之间关系实现按负荷需求准确回馈，对低压配电网冲击小。
[0009]2)由于回馈装置的存在，可以减小配置的储能介质的容量，降低设备成本。
附图说明
[0010]图1为城市轨道交通混合型再生制动能量利用系统电气拓扑结构示意图。
[0011]图2为城市轨道交通混合型再生制动能量利用系统控制方法基本流程图。
[0012]图3为系统运行工况划分及参考功率分配策略图。
[0013]图4为城市轨道交通混合型再生制动能量利用系统变流器控制原理图。
[0014]图5(a)至图5(j)为运行工况1至工况10的系统能量流动示意图。
具体实施方式
[0015]以下结合附图和具体实施例对本技术进一步说明。
[0016]图1所示为城市轨道交通混合型再生制动能量利用系统电气拓扑结构示意图。
[0017]利用装置包括：三相并网逆变器(N)、LCL滤波器(F)、储能变换器(B)以及超级电容(S)，每个部分均采用集装箱安装。其中，三相并网逆变器(N)以400V低压配电网电压为标准，将输入端直流电变换为输出端三相交流电，实现直流电单位功率因数逆变；LCL滤波器(F)位于三相并网逆变器(N)与400V低压配电网进线端之间，滤除三相并网逆变器(N)输出电流的谐波；储能变换器(B)根据列车运行工况，切换工作模式，控制超级电容(S)的运行状态，并且起到稳定直流母线(D)电压的作用。
[0018]储能变换器(B)采用双向DC
‑
DC变换器。双向DC
‑
DC变换器结构多样，分为非隔离型和隔离型两种类型。非隔离型包括半桥结构、CUK结构和SEPIC结构等，隔离型包括正激式结构、反激式结构、推挽式结构和全桥结构等。本实施例，储能变换器(B)以最简单的半桥结构进行说明。
[0019]系统具体接线方式为：
[0020]三相并网逆变器(N)的正极输入端、负极输入端分别与储能变换器(B)的正极输入端、负极输入端相连；在三相并网逆变器(N)和储能变换器(B)的正极输入端、负极输入端之间有支撑电容(C)，并将相连后的正极输入端、负极输入端分别接在正极直流母线(D1)、负极直流母线(D2)上；三相并网逆变器(N)的输出端通过LCL滤波器(F)连接至400V低压配电网的进线端；储能变换器(B)的正极输出端、负极输出端分别与超级电容(S)的正极、负极相连。
[0021]一种城市轨道交通混合型再生制动能量利用系统的控制方法，基本流程如图2所示，包括：
[0022]步骤一，在变电所安装的电气量检测装置实时检测，并将信息实时通信传输到控制系统。
[0023]需采集瞬时电气量包括：左馈线和右馈线的瞬时电压和电流、400V低压配电网出线端的瞬时电压和电流、LCL滤波器出线端的瞬时电压、三相并网逆变器输出侧瞬时电流、LCL滤波器电容电流、整流变压器进线端瞬时电压、直流母线瞬时电压U
dc
、超级电容瞬时电流I
sc
、超级电容荷电状态SoC。
[0024]步骤二，控制系统接收电气量信息，并根据接收到的信息计算功率数据和电压阈值。
[0025]功率数据计算处理包括：由左馈线和右馈线的瞬时电压和电流，得到左馈线瞬时功率P
L
、右供电臂瞬时功率P
R
，进而得到左右馈线功率和P
s
，P
s
＝P
L
+P
R
；由400V低压配电网出线端的瞬时电压和电流，得到400V负载瞬时功率P
load
。
[0026]电压阈值计算如图4中“储能变换器控制”的“电压阈值计算”所示，具体计算步骤如下：
[0027]由整流变压器进线端瞬时电压，得到中压供电网有效值U
M
。
[0028]由中压供电网有效值U
M
、整流变压器出线端到直流输出电压的整流系数m和整流变压器一次侧到二次侧的变比系数n，计算得到牵引变电所空载电压值U
dc0
，
[0029]U
dc0
＝m
·...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市轨道交通混合型再生制动能量利用系统，其特征在于，双向DC
‑
DC变换器的输入端正、负极分别连接到三相并网逆变器的输入端正、负极和支撑电容的两端，双向DC
‑
DC变换器的输出端正、负极分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡海涛，李志强，陈俊宇，王科，何正友，王茜，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：新型
国别省市：