CN111572359B - 一种多供电制式再生能量回馈系统及回馈方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多供电制式再生能量回馈系统，包括：直流供电单元、多个逆变器、开关单元以及变压器；所述直流供电单元包含至少两条直流供电线，所述直流供电线的输出端与多个所述逆变器的输入端连接，多个所述逆变器的输出端与所述开关单元的输入端连接；所述开关单元的输出端与所述变压器的副边连接，所述变压器的原边至少与一条交流供电线连接，实现再生能量的回馈。本发明还提供一种多供电制式再生能量回馈方法。本发明提供的多供电制式供电系统，通过控制开关单元的闭合和断开，实现多种电压制式的再生能量的回馈，可将再生制动能量回馈到交流网侧，节省了研发和生产的成本，简化了系统结构以及方便维护替换。

Description

一种多供电制式再生能量回馈系统及回馈方法

技术领域

本发明涉及轨道交通再生能量回馈技术领域，特别涉及一种多供电制式再生能量回馈系统及回馈方法。

背景技术

目前，城市轨道牵引供电系统普遍采用结构简单、可靠性高、易于维护的多脉波二极管整流方式，由于其能量只能单向传输，无法回收城轨车辆多余的再生制动能量，造成能量的极大浪费。

现有技术中为防止能量的浪费，研究出如电阻能耗型和电容储能型的再生能量回收装置；电阻能耗型再生能量回收装置通过将多余的再生能量用电阻消耗掉,从而稳定网压；电容储能型再生能量回收装置利用双向DC/DC逆变器技术对超级电容充放电来实现车辆再生电能的吸收和利用，稳定直流电压。

但就电阻能耗型再生能量回收装置来说，其仍然需要专门的通风设备将电阻发热带走，结构复杂，且能量回收装置电压等级单一；就电容储能型再生能量回收装置来说，储能电容器组体积庞大，价格昂贵，实际应用较少，且能量回收装置电压等级单一。

发明内容

为解决现有技术再生能量回馈系统电压等级单一、成本高以及结构复杂的技术问题，本发明提供了一种多供电制式再生能量回馈系统，通过控制开关的通断，实现了多种电压制式的能量回馈，可将再生制动能量回馈到交流网侧，节省了研发和生产的成本，简化了系统结构以及方便维护替换。

本发明提供的一种多供电制式再生能量回馈系统，包括：直流供电单元、多个逆变器、开关单元以及变压器；

所述直流供电单元包含至少两条直流供电线，所述直流供电线的输出端与多个所述逆变器的输入端连接，多个所述逆变器的输出端与所述开关单元的输入端连接；

所述开关单元的输出端与所述变压器的副边连接，所述变压器的原边至少与一条交流供电线连接，实现再生能量的回馈。

进一步地，多个所述逆变器并联连接，所述逆变器为两个。

进一步地，所述变压器的副边设有第一副边线圈、第二副边线圈、第三副边线圈以及第四副边线圈，所述开关单元为两个；

一个所述逆变器的输出端与一个所述开关单元的输入端连接，一个所述开关单元的输出端与所述第一副边线圈和所述第二副边线圈连接；

另一个所述逆变器的输出端与另一个所述开关单元的输入端连接，另一个所述开关单元的输出端与所述第三副边线圈和所述第四副边线圈连接。

进一步地，所述开关单元包括第一开关、第二开关以及第三开关；

一个所述逆变器的输出端与一个所述第一开关的输入端连接，一个所述第一开关的输出端与所述第一副边线圈的输入端连接，所述第一副边线圈的输出端与所述变压器的副边连接；

一个所述第二开关的输入端与所述第二副边线圈的输出端连接，所述第二副边线圈的输入端与一个所述第一开关的输入端连接，一个所述第二开关的输出端与所述变压器的副边连接；

一个所述第三开关的输入端与一个所述第二开关的输入端连接，一个所述第三开关的输出端与一个所述第一开关的输出端连接；

另一个所述逆变器的输出端与另一个所述第一开关的输入端连接，另一个所述第一开关的输出端与所述第三副边线圈的输入端连接，所述第三副边线圈的输出端与所述变压器的副边连接；

另一个所述第二开关的输入端与所述第四副边线圈的输出端连接，所述第四副边线圈的输入端与所述另一个第一开关的输入端连接，另一个所述第二开关的输出端与所述变压器的副边连接；

另一个所述第三开关的输入端与另一个所述第二开关的输入端连接，另一个所述第三开关的输出端与另一个所述第一开关的输出端连接。

进一步地，还包括：直流预充电单元；

所述直流预充电单元的输入端与所述直流供电线的输出端连接，所述直流预充电单元的输出端与多个所述逆变器的输入端连接。

进一步地，还包括直流开关；所述直流开关用于连接或断开多个所述逆变器和所述直流供电单元；

所述直流开关与所述直流预充电单元并联连接，所述直流开关的输入端与所述直流供电线的输出端连接，所述直流开关的输出端与多个所述逆变器的输入端连接。

进一步地，还包括交流开关，用于连接和断开所述逆变器和所述变压器；

所述交流开关为两个，一个所述交流开关的输入端与一个逆变器的输出端连接，一个所述交流开关的输出端与一个所述开关单元的输入端连接；

另一个所述交流开关的输入端与另一个逆变器的输出端连接，另一个所述交流开关的输出端与另一个所述开关单元的输入端连接。

进一步地，所述变压器原边连接AC35KV的交流供电线或AC10KV的交流供电线；所述直流供电线包括DC1500V直流供电或DC750V直流供电。

进一步地，还包括：控制单元；

所述控制单元与所述变压器、多个所述逆变器以及所述开关单元连接，控制所述开关单元动作，实现再生能量的回馈。

本发明还提供了一种多供电制式再生能量回馈方法，适用于如上所述的多供电制式再生能量回馈系统，包括：

控制单元采集直流供电线的供电电压，并判定直流供电模式，所述直流供电模式包括：DC1500V直流供电和DC750V直流供电；

当所述直流供电模式为DC1500V直流供电时，所述控制单元控制交流开关闭合、两个第一开关断开、两个第二开关断开和两个第三开关闭合，并控制直流预充电单元进行预充电，当预充电完成后，控制直流开关闭合，输出交流AC1000V回馈至交流侧；

当所述直流供电模式为DC750V直流供电时，所述控制单元控制交流开关闭合、两个第一开关闭合、两个第二开关闭合和两个第三开关断开，并控制直流预充电单元进行预充电，当预充电完成后，控制直流开关闭合，输出交流AC500V回馈至交流侧。

本发明的技术效果或优点：

本发明提供了一种多供电制式再生能量回馈系统，设置有开关单元，直流供电单元包含至少两条直流供电线，多个逆变器的输入端与直流供电线的输出端连接，多个逆变器的输出端与开关单元的输入端连接，开关单元的输出端与变压器的副边连接，变压器的原边至少与一条交流供电线连接，通过控制开关单元的闭合和断开，实现多种电压制式的再生能量的回馈，可将再生制动能量回馈到交流网侧，节省了研发和生产的成本，简化了系统结构以及方便维护替换。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一个多供电制式再生能量回馈系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一个多供电制式再生能量回馈系统的原理图；

图3为本发明实施例提供的一个多供电制式再生能量回馈系统的拓扑图；

图4为本发明实施例提供的一个多供电制式供电方法的流程图。

附图说明：1、直流供电单元；2、直流开关；3、直流预充电单元；31、直流预充电开关；32、直流预充电电阻；4、中间支撑电容；5、逆变器；6、交流开关；7、开关单元；71、第一开关；72、第二开关；73、第三开关；8、变压器；81、第一副边线圈；82、第二副边线圈；83、第三副边线圈；84、第四副边线圈。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。虽然附图中公开了本发明的实施方式，然而应当理解，以任何形式实现本发明而不应被阐述的实施方式所限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，文中使用术语“第一”、“第二”、“第三”、“一个”、“另一个”等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一元件、部件、区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”、“第三”、“一个”、“另一个”等之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，也可以是两个元件之间电性连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为解决现有技术再生能量回馈系统电压等级单一、成本高以及结构复杂的技术问题，本发明提供了一种多供电制式再生能量回馈系统，通过控制开关的通断，实现了多种电压制式的能量回馈，可将再生制动能量回馈到交流网侧，节省了研发和生产的成本，简化了系统结构以及方便维护替换。

下面结合具体实施例及说明书附图，对本发明的技术方案作详细说明。

本发明涉及一种多供电制式再生能量回馈系统，参考图1，包括：直流供电单元1、多个逆变器5、开关单元7以及变压器8；

所述直流供电单元1包含至少两条直流供电线，所述直流供电线的输出端与多个所述逆变器5的输入端连接，多个所述逆变器5的输出端与所述开关单元7的输入端连接；

所述开关单元7的输出端与所述变压器8的副边连接，所述变压器8的原边至少与一条交流供电线连接，实现再生能量的回馈。

本实施例提供了一种多供电制式再生能量回馈系统，设置有开关单元7，直流供电单元1包含至少两条直流供电线，多个逆变器5的输入端与直流供电线的输出端连接，多个逆变器5的输出端与开关单元的输入端连接，开关单元7的输出端与变压器8的副边连接，变压器8的原边至少与一条交流供电线连接，通过控制开关单元7的闭合和断开，实现多种电压制式的再生能量的回馈，可将再生制动能量回馈到交流网侧，节省了研发和生产的成本，简化了系统结构以及方便维护替换。

具体地说，参考图1～图3，本实施例提供的一种多供电制式再生能量回馈系统，包括：直流供电单元1、直流开关2、直流预充电单元3、中间支撑电容4、逆变器5、交流开关6、开关单元7以及变压器8；其中，直流供电单元1的输出端与直流开关2的输入端和直流预充电单元3的输入端连接，直流开关2的输出端和直流预充电单元3的输出端与中间支撑电容4的输入端连接，中间支撑电容4的输出端与逆变器5的输入端连接，逆变器5的输出端与交流开关6的输入端连接，交流开关6的输出端与开关单元7的输入端连接，开关单元7的输出端与变压器8的副边连接，变压器8的原边与交流供电线连接。

参考图1～图3，逆变器5为多个，在实施例中，逆变器5优选为2个，逆变器将直流电转换为交流电，使得再生能量回馈。两个逆变器5并联连接，两个逆变器5的输入端与直流供电线的输出端连接。

直流供电单元1用于直流供电，其中，直流供电单元包括至少两条直流供电线，在本实施例中，直流供电线包括DC1500V直流供电或DC750V直流供电。

直流开关2用于连接或断开多个逆变器5和直流供电单元1。直流开关设置于直流供电线的输出端与两个逆变器5的输入端之间，直流开关2的输入端与直流供电单元1的输出端连接，具体地说，直流开关2的输入端与直流供电线的输出端连接，直流开关2的输出端与多个逆变器5的输入端连接。

直流预充电单元3用于减小对中间支撑电容4充电时冲击电流过大的影响。直流预充电单元3设置于直流供电线的输出端与两个逆变器5的输入端之间，直流预充电单元3的输入端与直流供电线的输出端连接，直流预充电单元3的输出端与多个逆变器5的输入端连接。具体地说，直流预充电单元3与直流开关2并联连接，直流预充电单元3包括预充电开关31和预充电电阻32，预充电开关31和预充电电阻32串联连接，预充电开关31的输入端和直流开关2的输入端与直流供电线的输出端连接，预充电开关31的输出端与预充电电阻32的输入端，预充电电阻32的输出端和直流开关2的输出端与多个逆变器5的输入端连接，当对中间电容4进行预充电时，断开直流开关2，闭合预充电开关31，当中间电容预充电电容4完成后，闭合直流开关2，断开预充电开关31。

交流开关6用于连接和断开逆变器5和变压器8的连接。交流开关6为两个，一个交流开关6的输入端与一个逆变器5的输出端连接，一个交流开关6的输出端与开关单元7的输入端连接。另一个交流开关6的输入端与另一个逆变器5的输出端连接，另一个交流开关6的输出端与开关单元7的输入端连接。一个交流开关6的输入端与一个逆变器5的输出端之间设置有交流滤波电感；同样的，另一个交流开关6的输入端与另一个逆变器5的输出端之间也设置有交流滤波电感。

开关单元7用于实现再生能量的回馈。开关单元7为两个，一个逆变器7的输出端与一个开关单元7的输入端连接，一个开关单元7的输出端与变压器8的副边连接，另一个逆变器7的输出端与另一个开关单元7的输入端连接，另一个开关单元7的输出端与变压器8的副边连接。具体地说，开关单元包括第一开关71、第二开关72和第三开关73，一个逆变器5的输出端与一个第一开关71的输入端连接，更为具体地说，一个第一开关71的输入端与一个交流开关6的输出端连接，一个第一开关71的输出端与变压器8的副边连接；一个第二开关72的输入端与变压器8的副边连接，一个第二开关72的输出端与所述变压器8的副边连接；一个第三开关73的输入端与一个第二开关72的输入端连接，一个第三开关73的输出端与一个第一开关71的输出端连接；另一个逆变器5的输出端与另一个第一开关71的输入端连接，更为具体地说，另一个第一开关71的输入端与另一个交流开关6的输出端连接，另一个第一开关71的输出端与变压器8的副边连接；另一个第二开关72的输入端与变压器8的副边连接，另一个第二开关72的输出端与所述变压器8的副边连接；另一个第三开关73的输入端与另一个第二开关72的输入端连接，另一个第三开关73的输出端与另一个第一开关71的输出端连接。

变压器8的原边至少与一条交流供电线连接，变压器8的原边连接AC35KV的交流供电线或AC10KV的交流供电线，变压器8的副边设置有第一副边线圈81、第二副边线圈82、第三副边线圈83和第四副边线圈84，其中，第一副边线圈81的输入端与一个第一开关71的输出端连接，第一副边线圈81的输出端与变压器8的副边连接，第二副边线圈82的输入端与一个第一开关71的输入端连接，第二副边线圈82的输出端与一个第二开关72的输入端连接，第三副边线圈83的输入端与另一个第一开关71的输出端连接，第三副边线圈83的输出端与变压器8的副边连接，第四副边线圈84的输入端与另一个第一开关71的输入端连接，第四副边线圈84的输出端与另一个第二开关72的输入端连接。

控制单元与变压器8、多个逆变器5、开关单元7连接，控制开关单元7动作，实现再生能量的回馈。具体地说，控制单元还与直流开关2、直流预充电单元3、交流开关连接。在直流供电线为DC1500V直流供电时，控制交流开关6闭合、第一开关71和第二开关72断开，第三开关73闭合，控制直流预充电开关31闭合进行预充电，当预充电完成时，控制直流开关2闭合，直流预充电开关31断开，逆变器5将直流电逆变成交流电供给变压器8的副边，实现再生能量的回馈。在直流供电线为DC750V直流供电时，控制交流开关6闭合、第一开关71和第二开关72闭合，第三开关73断开，控制直流预充电开关31闭合进行预充电，当预充电完成时，控制直流开关2闭合，直流预充电开关31断开，逆变器5将直流电逆变成交流电供给变压器8的副边，实现再生能量的回馈。

本实施例提供的多供电制式再生能量回馈系统，通过控制开关单元的闭合和断开，实现多种电压制式的再生能量的回馈，可将再生制动能量回馈到交流网侧，节省了研发和生产的成本，简化了系统结构以及方便维护替换。

本实施例还提供一种多供电制式再生能量回馈方法，参考图4，适用于如上所述的多供电制式再生能量回馈系统，包括：

控制单元采集直流供电线的供电电压，并判定直流供电模式，所述直流供电模式包括：DC1500V直流供电和DC750V直流供电；

当所述直流供电模式为DC1500V直流供电时，所述控制单元控制交流开关闭合、两个第一开关断开、两个第二开关断开和两个第三开关闭合，并控制直流预充电单元进行预充电，当预充电完成后，控制直流开关闭合，输出交流AC1000V回馈至交流侧；

当所述直流供电模式为DC750V直流供电时，所述控制单元控制交流开关闭合、两个第一开关闭合、两个第二开关闭合和两个第三开关断开，并控制直流预充电单元进行预充电，当预充电完成后，控制直流开关闭合，输出交流AC500V回馈至交流侧。

具体地说，当直流供电模式为DC1500V直流供电时，控制单元控制交流开关6闭合、两个第一开关71和第二开关72断开、两个第三开关73闭合，控制直流预充电开关31闭合进行预充电，当预充电完成，控制直流开关2闭合，直流预充电开关31断开，第一线圈81和第二线圈82串联输出AC1000V，将再生能量回馈至交流侧。当直流供电模式为DC750V直流供电时，控制单元控制交流开关6闭合、两个第一开关71和第二开关72闭合、两个第三开关73断开，控制直流预充电开关31闭合进行预充电，当预充电完成，控制直流开关2闭合，直流预充电开关31断开，第三线圈83和第四线圈84并联输出AC500V，将再生能量回馈至交流侧。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多供电制式再生能量回馈系统，其特征在于，包括：直流供电单元、多个逆变器、开关单元以及变压器；

所述直流供电单元包含至少两条直流供电线，所述直流供电线的输出端与多个所述逆变器的输入端连接，多个所述逆变器的输出端与所述开关单元的输入端连接；

所述开关单元的输出端与所述变压器的副边连接，所述变压器的原边至少与一条交流供电线连接，实现再生能量的回馈；

多个所述逆变器并联连接，所述逆变器为两个；

所述变压器的副边设有第一副边线圈、第二副边线圈、第三副边线圈以及第四副边线圈，所述开关单元为两个；

一个所述逆变器的输出端与一个所述开关单元的输入端连接，一个所述开关单元的输出端与所述第一副边线圈和所述第二副边线圈连接；

另一个所述逆变器的输出端与另一个所述开关单元的输入端连接，另一个所述开关单元的输出端与所述第三副边线圈和所述第四副边线圈连接；

所述开关单元包括第一开关、第二开关以及第三开关；

一个所述逆变器的输出端与一个所述第一开关的输入端连接，一个所述第一开关的输出端与所述第一副边线圈的输入端连接，所述第一副边线圈的输出端与所述变压器的副边连接；

一个所述第二开关的输入端与所述第二副边线圈的输出端连接，所述第二副边线圈的输入端与一个所述第一开关的输入端连接，一个所述第二开关的输出端与所述变压器的副边连接；

一个所述第三开关的输入端与一个所述第二开关的输入端连接，一个所述第三开关的输出端与一个所述第一开关的输出端连接；

另一个所述逆变器的输出端与另一个所述第一开关的输入端连接，另一个所述第一开关的输出端与所述第三副边线圈的输入端连接，所述第三副边线圈的输出端与所述变压器的副边连接；

另一个所述第二开关的输入端与所述第四副边线圈的输出端连接，所述第四副边线圈的输入端与所述另一个第一开关的输入端连接，另一个所述第二开关的输出端与所述变压器的副边连接；

另一个所述第三开关的输入端与另一个所述第二开关的输入端连接，另一个所述第三开关的输出端与另一个所述第一开关的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的多供电制式再生能量回馈系统，其特征在于，还包括：直流预充电单元；

所述直流预充电单元的输入端与所述直流供电线的输出端连接，所述直流预充电单元的输出端与多个所述逆变器的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的多供电制式再生能量回馈系统，其特征在于，还包括直流开关；所述直流开关用于连接或断开多个所述逆变器和所述直流供电单元；

所述直流开关与所述直流预充电单元并联连接，所述直流开关的输入端与所述直流供电线的输出端连接，所述直流开关的输出端与多个所述逆变器的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的多供电制式再生能量回馈系统，其特征在于，还包括交流开关，用于连接和断开所述逆变器和所述变压器；

所述交流开关为两个，一个所述交流开关的输入端与一个逆变器的输出端连接，一个所述交流开关的输出端与一个所述开关单元的输入端连接；

另一个所述交流开关的输入端与另一个逆变器的输出端连接，另一个所述交流开关的输出端与另一个所述开关单元的输入端连接。

5.根据权利要求1～4任一项所述的多供电制式再生能量回馈系统，其特征在于，所述变压器原边连接AC35KV的交流供电线或AC10KV的交流供电线；所述直流供电线包括DC1500V直流供电或DC750V直流供电。

6.根据权利要求1所述的多供电制式再生能量回馈系统，其特征在于，还包括：控制单元；

所述控制单元与所述变压器、多个所述逆变器以及所述开关单元连接，控制所述开关单元动作，实现再生能量的回馈。

7.一种多供电制式再生能量回馈方法，其特征在于，适用于如权利要求1～6任一项所述的多供电制式再生能量回馈系统，包括：

控制单元采集直流供电线的供电电压，并判定直流供电模式，所述直流供电模式包括：DC1500V直流供电和DC750V直流供电；

当所述直流供电模式为DC1500V直流供电时，所述控制单元控制交流开关闭合、两个第一开关断开、两个第二开关断开和两个第三开关闭合，并控制直流预充电单元进行预充电，当预充电完成后，控制直流开关闭合，输出交流AC1000V回馈至交流侧；

当所述直流供电模式为DC750V直流供电时，所述控制单元控制交流开关闭合、两个第一开关闭合、两个第二开关闭合和两个第三开关断开，并控制直流预充电单元进行预充电，当预充电完成后，控制直流开关闭合，输出交流AC500V回馈至交流侧。

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