CN108501729A - 一种替代轨道交通制动电阻的储能系统及其充放电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种替代轨道交通制动电阻的储能系统及其充放电方法，该储能系统包括以锂离子电容作为储能单元的储能部分，该储能部分通过其主回路上的电气部分连接变流柜，变流柜连接地铁电网系统，该系统还包括可对储能系统起到监测、控制作用的控制部分。本发明采用锂离子电容作为基础的储能单元，做成一个可替代制动电阻的储能系统，将车辆上需制动电阻消耗的能量储存至该储能系统，待车辆启动之后迅速通过快速放电将储存的电量输送至电网供车辆使用，整个过程不会产生高温，从而达到节约能源、能源重复利用、减少污染等效果。布置在地铁站台的配电房内，不会占用车辆的空间，不会增加车辆自身重量。
Description
技术领域
本发明涉及一种储能系统，具体为替代轨道交通制动电阻的储能系统及其充放电方法。
背景技术
城市轨道交通工程中，普遍采用直交变压变频的传动方式，车辆的制动方式为电制动(再生制动)+机械制动，运行中以电制动为主，机械制动为辅，列车在运行过程中，由于站间距较短，列车启动、制动频繁，制动能量相当可观。
目前国内城市轨道交通主要是采用制动电阻消耗吸收装置处理列车运行、刹车过程中的再生能量，而制动电阻只能车载，且它体积庞大，重量重；由于车载制动电阻是依靠电阻来消耗动能及电能，由于制动能量非常大，故整个过程定会产生高温，地铁站台内环境温度也会随之升高，从而形成能量的大量浪费，也增加了站内空调通风装置的负担，并使城轨建设费用和运行费用增加。
随着国内、国外对于地铁制动能量回收市场的关注及开发，地铁制动能量回收已逐渐成为该行业的主流节能方向。
随着近年锂离子电容的飞速发展成为新一代的储能元件，其功率特性好，能量密度高，理论上可以满足轨道交通再生制动能量吸收释放的要求，可以有条件地替代制动电阻。但目前为止并未有锂离子电容作为储能元件替代制动电阻投入使用，也未见任何报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可替代制动电阻的储能系统及其充放电方法，该储能系统有效解决了现有制动电阻体积庞大、温度高、能量浪费的缺点。
为解决以上技术问题，本发明所述替代轨道交通制动电阻的储能系统，包括以锂离子电容作为储能单元的储能部分，该储能部分通过其主回路上的电气部分连接变流柜，变流柜内设置有DC/DC变换器，并连接地铁电网，该系统还包括可对储能系统起到监测、控制作用的控制部分。
进一步地，所述储能部分由若干个锂离子电容单体经串并联得到锂离子电容模组，再由若干个锂离子电容模组经串并联得到。具体串并联方式及数量，根据实际的电量储存要求确定。
进一步地，所述储能部分主回路上连接的电气部分包括电流传感器、主接触器、熔断器、与主接触器并联的预充电接触器和预充电电阻。
进一步地，所述储能部分、电流传感器、主接触器、熔断器、预充电接触器和预充电电阻设置于储能柜内，所述储能柜并联设置有若干个，在并联设置的若干储能柜的回路上设置有逻辑开关。储能部分通过预充接触器、主接触器、逻辑开关，电流传感器等实现充放电过程。
进一步地，所述储能柜、逻辑开关、控制部分设置于储能系统柜内。
进一步地，所述逻辑开关为手动闸刀开关或断路器。
进一步地，所述控制部分包括CMS电容管理系统，该CMS电容管理系统由低压部分24VDC供电，并对储能系统进行监测和控制，包括对储能系统主回路及主回路以外的外部绝缘等重要信息进行监测和控制。CMS电容管理系统(Capacity Management System)，可以读取每个锂离子电容单体电芯的电压、温度、电流信息，可以读取储能系统的电压、电流、容量信息，可以在储存系统出现故障时采取保护措施，可以在必要时主动均衡单体电芯的电压。
本发明还公开了前述储能系统的充放电方法：
a、储能系统充电过程
轨道交通地铁车辆采用刹车制动减速产生的能量经变流柜内的DC/DC变换器回收，CMS电容管理系统控制闭合预充电接触器，待主接触器两端电压均衡后闭合主接触器，所回收的能量即可实现对储存系统中储能部分的充电过程，在充电过程中，CMS电容管理系统可以全程监控储存系统的工作参数。
b、储能系统放电过程
由CMS电容管理系统控制闭合预充电接触器，待主接触器两端电压均衡后闭合主接触器，储能系统通过变流柜内的DC/DC变换器释放能量向地铁车辆提供动力，在放电过程中，CMS电容管理系统可以全程监控储存系统的工作参数。
本发明采用锂离子电容作为基础的储能单元，做成一个可替代制动电阻的储能系统，可以在地铁进站刹车30s内将车辆上需制动电阻消耗的能量储存至该储能系统，快速充电，将储能系统充满，待车辆启动之后30S内迅速通过快速放电将储存的电量输送至电网供车辆使用，整个过程不会产生高温，从而达到节约能源、能源重复利用、减少污染等效果。该储能系统是布置在地铁站台的配电房内，与制动电阻相比，不会占用车辆的空间，不会增加车辆自身重量；产品可靠性更高，可完全自动控制，节约成本；与锂电池储能产品相比，产品系统更为简单，可靠性高，维护方便。该储能系统中采用的锂离子电容器自放电率极低，120小时自放电率不大于1％，同时能量密度达到12KWh/kg。单个锂离子电容额定充放电电流是锂离子电池的数倍，在同等电压下，锂离子电容仅需很少的并联即可实现足额功率输入/输出。
附图说明
图1为本发明的主回路示意图；
图2为本发明的控制回路示意图；
图中：1-储能部分、2-储能柜、3-逻辑开关、4-控制部分、5-储能系统柜、6-变流柜。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。
实施例1：
本发明的替代轨道交通制动电阻的储能系统，包括以锂离子电容作为储能单元的储能部分1，该储能部分1如图1所示，由若干个锂离子电容单体经串并联得到锂离子电容模组，再由若干个锂离子电容模组经串并联得到。本实施例采用16个锂离子电容单体2并8串联成锂离子电容单体组，再4个锂离子电容单体组串联成锂离子电容模组，再8个锂离子电容模组串联成得到一个储能部分1，共计有512个锂离子电容单体。单体电芯工作电压范围为2.2～3.8VDC，额定充放电电流为400A，一个储能部分1的工作电压范围为564VDC—973VDC，储藏电量为9KWH，额定充放电电流可达1600A。具体可以根据客户要求更改电容端串并联方式，以达到各种电量储存要求。
储能部分1主回路上连接有可使其实现对制动能量的吸收并对车辆进行供电的电气部分，且与电气部分共同设置在储能柜2内，储能柜2并联设置有若干个，本实施例为4个，分别为1#储能柜、2#储能柜、3#储能柜、4#储能柜，并联成储能柜组。以1#储能柜为例，在储能部分1主回路上连接的电气部分包括电流传感器TA1，主接触器KM1，熔断器FU1，以及与主接触器KM1并联的预充电接触器KM6和预充电电阻R1。电气部分还包括设置于储能柜组回路上的逻辑开关3。电气部分连通变流柜6内的DC/DC变换器，变流柜6设置于配电房内，且与地铁电网连接。
该系统还包括控制部分4，可对储能系统起到实时监测、保护作用。包括CMS电容管理系统(Capacity Management System)，该CMS电容管理系统由低压部分24VDC供电，并对储能系统进行监测和控制。
所述储能柜2、逻辑开关3和控制部分4设置于储能系统柜5内。其中，逻辑开关3可根据需求选择手动闸刀开关或断路器。
本发明的储能系统工作原理如下：
a、储能系统充电过程
地铁车辆采用刹车制动减速产生的能量经变流柜6内的DC/DC变换器回收，向设置于地铁站台配电房内的储能系统充电。由CMS电容管理系统控制闭合预充电接触器，待主接触器两端电压均衡后闭合主接触器，此时外部电压即可实现对储存系统中储能部分1的充电过程，在充电过程中，CMS电容管理系统可以全程监控储存系统的工作参数。
b、储能系统放电过程
储能系统通过变流柜6内的DC/DC变换器释放能量向地铁车辆提供动力。由CMS电容管理系统控制闭合预充电接触器，待主接触器两端电压均衡后闭合主接触器，此时锂离子电容能量储存系统即可实现对外放电的过程，在放电过程中，CMS电容管理系统可以全程监控储存系统的工作参数。
Claims (8)
1.一种替代轨道交通制动电阻的储能系统，其特征在于：该储能系统包括以锂离子电容作为储能单元的储能部分，该储能部分通过其主回路上的电气部分连接变流柜，变流柜与地铁电网连接，该系统还包括可对储能系统起到监测、控制作用的控制部分。
2.根据权利要求1所述替代轨道交通制动电阻的储能系统，其特征在于：所述储能部分(1)由若干个锂离子电容单体经串并联得到锂离子电容模组，再由若干个锂离子电容模组经串并联得到。
3.根据权利要求1所述替代轨道交通制动电阻的储能系统，其特征在于：所述储能部分主回路上连接的电气部分包括电流传感器、主接触器、熔断器、与主接触器并联的预充电接触器和预充电电阻。
4.根据权利要求3所述替代轨道交通制动电阻的储能系统，其特征在于：所述储能部分、电流传感器、主接触器、熔断器、预充电接触器和预充电电阻设置于储能柜内，所述储能柜并联设置有若干个，在并联设置的若干储能柜的回路上设置有逻辑开关。
5.根据权利要求4所述替代轨道交通制动电阻的储能系统，其特征在于：所述储能柜、逻辑开关、控制部分设置于储能系统柜内。
6.根据权利要求4或5所述替代轨道交通制动电阻的储能系统，其特征在于：所述逻辑开关为手动闸刀开关或断路器。
7.根据权利要求1所述替代轨道交通制动电阻的储能系统，其特征在于：所述控制部分包括CMS电容管理系统，该CMS电容管理系统由低压部分24VDC供电，并对储能系统进行监测和控制。
8.按照权利要求1-7任意一项权利要求所述替代轨道交通制动电阻的储能系统的充放电方法，其特征在于：
a、储能系统充电过程
轨道交通地铁车辆采用刹车制动减速产生的能量经变流柜内的DC/DC变换器回收，CMS电容管理系统控制闭合预充电接触器，待主接触器两端电压均衡后闭合主接触器，所回收的能量即可实现对储存系统中储能部分的充电过程，在充电过程中，CMS电容管理系统可以全程监控储存系统的工作参数。
b、储能系统放电过程
由CMS电容管理系统控制闭合预充电接触器，待主接触器两端电压均衡后闭合主接触器，储能系统通过变流柜内的DC/DC变换器释放能量向地铁车辆提供动力，在放电过程中，CMS电容管理系统可以全程监控储存系统的工作参数。
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