CN105529779A - 一种超级电容储能缓冲型快速充电装置 - Google Patents

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尹忠东
邢甲第
赵允刚
王帅
徐广军
李健
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Ferroelectric Communications And Liaison Environmental Protection Technology Co Ltd In Beijing
China Railway Electrification Engineering Group Co Ltd
China Railway Electric Industry Co Ltd
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Ferroelectric Communications And Liaison Environmental Protection Technology Co Ltd In Beijing
China Railway Electrification Engineering Group Co Ltd
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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Abstract

一种超级电容储能缓冲型快速充电装置，属于大功率电源技术领域。包括，直流牵引网(1)、慢充环节(2)、缓冲储能环节(3)、快充环节(4)、车载超级电容(5)；直流牵引网(1)的正负极馈线接至慢充环节(2)的输入侧，慢充环节(2)的输出侧与缓冲储能环节(3)相连，缓冲储能环节(3)的输出连至快充环节(4)，快充环节(4)的输出连至车载超级电容(5)。本发明的优点在于：在保证电动车辆快速充电前提下，能显著降低电力系统的充电配电容量，消除充电过程对电网的电能质量扰动，同时主电路采用模块化结构，具有可靠性高，冗余性好，可扩展性强的特点。

Description

一种超级电容储能缓冲型快速充电装置
技术领域
本发明属于大功率电源技术领域，特别的提供了一种超级电容储能缓冲型快速充电装置。能在不显著增加电网造价前提下，实现超级电容电动车辆的快速充电。
背景技术
能源危机和环境问题促使城市大力发展纯电动公共交通工具已成必然趋势，其中采用超级电容作为动力的100％低地板城市轻轨电车全线无触网供电，爬坡能力强，转弯半径小，是当今世界最先进、研究最热烈的城市交通系统之一。
对于超级电容纯电动低地板轻轨电车，保障行车区间内维持正常续航的有效方式是在每个上下乘客的站点设置快速充电装置为车载超级电容进行充电。由于限定的充电时间短，一般在30-50秒之间，因此，短时间内充电装置输出的充电电流可达几千安培。如此大的电流对应的充电功率将经由变电站的配电变压器、开关设备、整流变压器、整流器、斩波器送至车载超级电容元件。因此电网为车辆充电提供的配电容量巨大，不但成本高，占地面积大，而且间歇性的快速充电，使得电网接入点的电能质量扰动非常严重。较为突出的影响是引起充电设备接入点电压波动和闪变、电压暂降、整流器特征谐波以及较低的功率因数导致的电压偏差等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超级电容储能缓冲型快速充电装置，基于超级电容储能型快速充电系统新型拓扑，在保证电动车辆快速充电前提下，能显著降低电力系统的充电配电容量，消除充电过程对电网的电能质量扰动，在提高牵引供电可靠性、电能质量的同时，还能降低牵引网建设成本，缩短建设周期。
本发明包括直流牵引网1、慢充环节2、缓冲储能环节3、快充环节4、车载超级电容5五部分；直流牵引网1的正负极馈线接至慢充环节2的输入侧，慢充环节2的输出侧与缓冲储能环节3相连，缓冲储能环节3的输出连至快充环节4，快充环节4的输出连至车载超级电容5，如图1所示。
直流牵引网1的输出侧的正极母线上串联一个二极管，确保牵引网充电功率只能流向充电负载的单向流动；慢充环节2由降压斩波元件IGBT、续流二极管和慢充电感构成，通过控制降压斩波元件IGBT的通断状态，灵活控制对下级缓冲储能环节3的充电电流，从而有效控制充电时间；缓冲储能环节3由超级电容模组通过串并联组合构成，形成一定容量和耐压的储能系统；快充环节4由两个快充模块41、42并联构成，每个快充模块又由三条并联斩波支路及三个充电电感构成，每条斩波支路由IGBT和续流二极管构成；车载超级电容5是车载充电负荷，根据系统容量适应性，既能满足一列车辆充电，也能满足两列车辆51、52同时充电。
直流牵引网1通过慢充环节2对缓冲储能环节3进行缓慢充电；缓冲储能环节3通过快充环节4对车载超级电容5进行快速充电。
构成快充环节4的两个快充模块41、42，互为冗余，当一路并联快充模块出现故障需要检修时，另外一路模块能完全承担快充任务，每个快充模块中的三条斩波支路，有一路为冗余支路，当三条支路中一条出现故障时，另外两条支路可完全承当快充任务。
本发明的优点在于，本发明提出了基于超级电容储能型快速充电系统新型拓扑，在保证电动车辆快速充电前提下，能显著降低电力系统的充电配电容量，消除充电过程对电网的电能质量扰动，在提高牵引供电可靠性、电能质量的同时，还能降低牵引网建设成本，缩短建设周期。同时主电路采用模块化结构，具有可靠性高，冗余性好，可扩展性强的特点。
附图说明
图1为本发明的主电路示意图，其中，直流牵引网1、慢充环节2、缓冲储能环节3、快充环节4、车载超级电容5、快充模块41、42、车辆51、52。
具体实施方式
本发明包括直流牵引网1、慢充环节2、缓冲储能环节3、快充环节4、车载超级电容5五部分；直流牵引网1的正负极馈线接至慢充环节2的输入侧，慢充环节2的输出侧与缓冲储能环节3相连，缓冲储能环节3的输出连至快充环节4，快充环节4的输出连至车载超级电容5，如图1所示。
直流牵引网1的输出侧的正极母线上串联一个二极管，确保牵引网充电功率只能流向充电负载的单向流动；慢充环节2由降压斩波元件IGBT、续流二极管和慢充电感构成，通过控制降压斩波元件IGBT的通断状态，灵活控制对下级缓冲储能环节3的充电电流，从而有效控制充电时间；缓冲储能环节3由超级电容模组通过串并联组合构成，形成一定容量和耐压的储能系统；快充环节(4)由两个快充模块41、42并联构成，每个快充模块又由三条并联斩波支路及三个充电电感构成，每条斩波支路由IGBT和续流二极管构成；车载超级电容(5)是车载充电负荷，根据系统容量适应性，既能满足一列车辆充电，也能满足两列车辆51、52同时充电。

Claims (4)

1.一种超级电容储能缓冲型快速充电装置，其特征在于：包括，直流牵引网(1)、慢充环节(2)、缓冲储能环节(3)、快充环节(4)、车载超级电容(5)；直流牵引网(1)的正负极馈线接至慢充环节(2)的输入侧，慢充环节(2)的输出侧与缓冲储能环节(3)相连，缓冲储能环节(3)的输出连至快充环节(4)，快充环节(4)的输出连至车载超级电容(5)。
2.按权利要求1所述的超级电容储能缓冲型快速充电装置，其特征在于，直流牵引网(1)的输出侧的正极母线上串联一个二极管，确保牵引网充电功率只能流向充电负载的单向流动；慢充环节(2)由降压斩波元件IGBT、续流二极管和慢充电感构成，通过控制降压斩波元件IGBT的通断状态，控制对下级缓冲储能环节(3)的充电电流，从而有效控制充电时间；缓冲储能环节(3)由超级电容模组通过串并联组合构成，形成一定容量和耐压的储能系统；快充环节(4)由两个快充模块并联构成，每个快充模块又由三条并联斩波支路及三个充电电感构成，每条斩波支路由IGBT和续流二极管构成；车载超级电容(5)是车载充电负荷，根据系统容量适应性，既能满足一列车辆充电，也能满足两列车辆同时充电。
3.按权利要求1所述的超级电容储能缓冲型快速充电装置，其特征在于，直流牵引网(1)通过慢充环节(2)对缓冲储能环节(3)进行缓慢充电；缓冲储能环节(3)通过快充环节(4)对车载超级电容(5)进行快速充电。
4.按照权利要求1所述的超级电容储能缓冲型快速充电装置，其特征在于，构成快充环节(4)的两个快充模块互为冗余，当一路并联快充模块出现故障需要检修时，另外一路模块能完全承担快充任务，每个快充模块中的三条斩波支路，有一路为冗余支路，当三条支路中一条出现故障时，另外两条支路可完全承当快充任务。
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