CN105620295B - 一种地铁列车车载储能装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地铁列车车载储能装置及其控制方法，储能装置包括一端与接触网、负载连接的换流模块；所述换流模块另一端通过LC滤波电路与蓄电池组连接；所述换流模块与第二控制单元连接；所述第二控制单元与第一控制单元连接；所述第一控制单元与接触网、蓄电池连接。本发明的储能装置结构简单，通过调节开关管的占空比使电路工作在升压状态或降压状态，无能量损耗，从而解决了现有技术中吸收电阻造成能源浪费的问题，可以降低地铁建设费用和运行费用。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统控制领域,特别是一种地铁列车车载储能装置及其控制方法。
背景技术
随着我国城市轨道交通建设的迅速发展，地铁已成为城市轨道交通的主要模式，但同时也带来不少问题。列车在制动时会向接触网回馈能量，当这部分能量不能完全被其他车辆或用电设备吸收时，会导致接触网电压升高，这对电站设备和车辆的运行非常不利，因此需要有装置将剩余能量消耗掉，以维持接触网电压稳定。以往采用吸收电阻吸收地铁列车运行过程中的再生能量，造成大量的能源浪费，并导致地铁的建设费用和运行费用增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种地铁列车车载储能装置及其控制方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种地铁列车车载储能装置，包括一端与接触网、负载连接的换流模块；所述换流模块另一端通过LC滤波电路与蓄电池组连接；所述换流模块与第二控制单元连接；所述第二控制单元与第一控制单元连接；所述第一控制单元与地铁列车的整车控制单元、电池管理系统连接。
所述换流模块与所述接触网之间、LC滤波电路与蓄电池组之间均接有预充电电路。防止第一次上电时电流冲击换流模块与电网侧之间的滤波电容、LC滤波电路的电容，提高电路可靠性。
所述LC滤波电路与蓄电池侧的预充电电路之间接有过压保护模块。防止蓄电池过充，保护蓄电池。
所述换流模块与电网侧预充电电路之间接有滤波电容。抵抗电路干扰，进一步提高电路可靠性。
所述换流模块包括两个并联的桥臂和两个换流电感，每个桥臂包括两个串联的开关管；第一换流电感一端接入第一桥臂的两个开关管之间，第二换流电感一端接入第二桥臂的两个开关管之间，第一换流电感、第二换流电感另一端均与所述LC滤波电路连接。该换流模块结构简单，实现方便。
本发明还提供了一种上述储能装置的控制方法，该方法包括：
储能装置升压状态控制过程：
地铁列车运行时，判断电网侧电压是否正常，若是，则第一控制单元判断蓄电池剩余电量是否超过70%，若是，则第一控制单元通过第二控制单元控制所述储能装置工作在升压状态，蓄电池放电，直至所述蓄电池剩余电量小于50%时，停止升压；地铁列车运行/停止时，判断电网侧电压是否正常，若不正常，则第一控制单元通过整车控制单元判断电网是否是需要在较大断电区运行或正线紧急运行，若是，则第一控制单元通过第二控制单元控制所述储能装置工作在升压状态；
储能装置降压状态控制过程：
地铁列车运行时，判断电网侧电压是否正常，若是，则第一控制单元判断蓄电池剩余电量是否低于45%，若是，第一控制单元通过第二控制单元控制所述储能装置工作在降压状态，蓄电池充电，直至蓄电池的容量大于55%时，停止降压；地铁列车制动时，第一控制单元判断蓄电池的剩余电量是否小于98%，若是，则第一控制单元通过第二控制单元控制所述储能装置工作在降压状态，吸收车辆的制动能量；若蓄电池的剩余电量大于或等于98%，则第一控制单元通过第二控制单元控制所述储能装置停止降压。
所述降压状态下，第二控制单元控制所述两个桥臂的两个上开关管交错导通，当换流模块开关管占空比小于0.5时，所述第二控制单元控制两个下开关管关闭；所述升压状态下，所述降压状态下，第二控制单元控制所述两个桥臂的两个下开关管交错导通，当换流模块开关管占空比小于0.5时，所述第二控制单元控制两个上开关管关闭。占空比阈值设置为0.5，使得控制更加简单，容易实现；开关管交错导通可以提高电路的开关频率，降低电感的体积和重量。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明的储能装置结构简单，控制方便，容易实现，通过调节开关管的占空比使电路工作在升压状态或降压状态，无能量损耗，从而解决了现有技术中吸收电阻造成能源浪费的问题，可以降低地铁建设费用和运行费用。
附图说明
图1为本发明一实施例储能装置电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一实施例包括一端与接触网、负载连接的换流模块；所述换流模块另一端通过LC滤波电路与蓄电池组连接；所述换流模块与第二控制单元连接；所述第二控制单元与第一控制单元连接；所述第一控制单元与地铁列车的整车控制单元、电池管理系统BMS连接。换流模块包括两个并联的桥臂，第一桥臂由开关管VT1、开关管VT2串联而成，第二桥臂由开关管VT3、开关管VT4串联而成，换流电感L1接入第一桥臂两个开关管之间；换流电感L2一端接入第二桥臂两个开关管之间；LC滤波电路包括电感L3和电容C2，换流电感L1和L2另一端接L3，开关管VT5用于蓄电池充电时的过压保护；第一桥臂与滤波电容C1并联，滤波电容C1与接触网之间接有由接触器KM1、KM2、电阻R1连接而成的预充电电路，开关管VT5与蓄电池组之间均接有由接触器KM3、KM4、电阻R4连接而成的预充电电路。第一控制单元判断接触网和蓄电池的工作状态，并将该状态反馈给第二控制单元，第二控制单元跟该反馈的状态控制换流模块四个开关管的通断和占空比。
第一控制单元（逻辑控制单元）根据工况判断双向DC-DC电源装置处于降压工作状态或者升压工作状态，并将该状态发送给第二控制单元A2（功率控制单元）。
如: 当电网端有正常工作电压时，第一控制单元控制双向DC-DC装置工作在降压状态；当电网端无正常工作电压时，第一控制单元控制双向DC-DC装置工作在升压状态。
当第二控制单元接收到降压工作状态 :第二控制单元A2控制开关管VT1和VT3交错导通，开关管占空比小于0.5时，第二控制单元A2控制开关管VT2和VT4关闭。
当第二控制单元接收到升压工作状态 :第二控制单元A2控制开关管VT2和VT4交错导通，开关管占空比小于0.5时，第二控制单元A2控制开关管VT1和VT3关闭。
开关管交错导通可以提高电路的开关频率，降低电感L1,L2,L3的体积和重量。
接触器KM1,KM2,R1为电网侧的预充电电路，防止电网电压对电容C1的冲击。
接触器KM3,KM4,R4为蓄电池侧的预充电电路，防止电网电压对电容C1，C2的冲击。
地铁列车运行时，判断电网侧电压是否正常，若是，第一控制单元判断蓄电池剩余电量是否超过70%，若是，则第一控制单元通过第二控制单元控制所述储能装置工作在升压状态，蓄电池放电，直至所述蓄电池剩余电量小于50%时。储能系统的输出功率通过整车控制单元获得。该状态保证蓄电池的能量能满足在较大断电区运行或正线紧急运行所需功率，又保证制动时有足够的容量进行能量的吸收。
地铁列车运行/停止时，判断电网侧电压是否正常。若不正常，则第一控制单元通过整车控制单元获取电网是否是需要在较大断电区运行或正线紧急运行，若是，则第一控制单元通过第二控制单元控制所述储能装置工作在升压状态。储能系统的输出功率通过整车控制单元获得。保证在电网无电时列车的正常运行。
地铁列车运行时，判断电网侧电压是否正常。若是，判断蓄电池剩余电量是否低于45%，若是，第一控制单元通过第二控制单元控制所述储能装置工作在降压状态，蓄电池充电，直至蓄电池的容量大于55%。保证蓄电池的能量能满足在较大断电区运行或正线紧急运行所需功率，为蓄电池充电。
地铁列车制动时，第一控制单元接收到整车控制单元的制动能量吸收状态，判断蓄电池的剩余电量是否小于98%，若是，则第一控制单元通过第二控制单元控制所述储能装置工作在降压状态，吸收车辆的制动能量。储能系统吸收的功率通过整车控制单元获得，为了保护蓄电池，当蓄电池的SOC大于98%，停止对蓄电池充电。
Claims (3)
1.一种地铁列车车载储能装置的控制方法，地铁列车车载储能装置包括一端与接触网、负载连接的换流模块；所述换流模块另一端通过LC滤波电路与蓄电池组连接；所述换流模块与第二控制单元连接；所述第二控制单元与第一控制单元连接；所述第一控制单元与地铁列车的整车控制单元、电池管理系统连接；所述换流模块与所述接触网之间、LC滤波电路与蓄电池组之间均接有预充电电路；所述LC滤波电路与蓄电池侧的预充电电路之间接有过压保护模块；所述换流模块与电网侧预充电电路之间接有滤波电容；所述换流模块包括两个并联的桥臂和两个换流电感，每个桥臂包括两个串联的开关管；第一换流电感一端接入第一桥臂的两个开关管之间，第二换流电感一端接入第二桥臂的两个开关管之间，第一换流电感、第二换流电感另一端均与所述LC滤波电路连接；其特征在于，该方法包括：
储能装置升压状态控制过程：
地铁列车运行时，判断电网侧电压是否正常，若是，则第一控制单元判断蓄电池剩余电量是否超过70%，若是，则第一控制单元通过第二控制单元控制所述储能装置工作在升压状态，蓄电池放电，直至所述蓄电池剩余电量小于50%时，停止升压；地铁列车运行/停止时，判断电网侧电压是否正常，若不正常，则第一控制单元通过整车控制单元判断电网是否是需要在较大断电区运行或正线紧急运行，若是，则第一控制单元通过第二控制单元控制所述储能装置工作在升压状态；
储能装置降压状态控制过程：
地铁列车运行时，判断电网侧电压是否正常，若是，则第一控制单元判断蓄电池剩余电量是否低于45%，若是，第一控制单元通过第二控制单元控制所述储能装置工作在降压状态，蓄电池充电，直至蓄电池的容量大于55%时，停止降压；地铁列车制动时，第一控制单元判断蓄电池的剩余电量是否小于98%，若是，则第一控制单元通过第二控制单元控制所述储能装置工作在降压状态，吸收车辆的制动能量；若蓄电池的剩余电量大于或等于98%，则第一控制单元通过第二控制单元控制所述储能装置停止降压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述降压状态下，第二控制单元控制所述两个桥臂的两个上开关管交错导通，当换流模块开关管占空比小于0.5时，所述第二控制单元控制两个下开关管关闭。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述升压状态下，所述降压状态下，第二控制单元控制所述两个桥臂的两个下开关管交错导通，当换流模块开关管占空比小于0.5时，所述第二控制单元控制两个上开关管关闭。
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