CN115800350A - 轨道交通车辆及其再生制动能量综合利用装置、方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通车辆及其再生制动能量综合利用装置、方法，该装置包括第一DCDC转换器、第二DCDC转换器、DC/AC转换器、超级电容组、蓄电池组以及控制模块；控制模块根据牵引网/接触网电压控制所述第一DCDC转换器的工作状态，实现所述超级电容组的充放电控制；根据第一直流母线电压控制所述第二DCDC转换器的工作状态，实现所述蓄电池组的充电控制；以及根据第一直流母线电压、或蓄电池组的荷电状态控制所述DC/AC转换器的工作状态，实现0.4kV低压配电控制。本发明利用超级电容的快充快放功能实现再生制动能量的瞬时吸收以及牵引网/接触网的网压支撑功能。

Description

轨道交通车辆及其再生制动能量综合利用装置、方法

技术领域

本发明属于城轨交通车辆技术领域，尤其涉及一种轨道交通车辆及其再生制动能量综合利用装置、方法。

背景技术

随着经济的快速发展，城市化建设的规模日益扩大，城市轨道交通正处于快速发展阶段。城市轨道交通发车密度大、站间距较短，列车因频繁启动、制动而产生大量的制动能量。目前，城市轨道交通内的电力机车均具有再生制动功能。合理利用再生制动能量可以有效减少城市用电量，从而实现节能减排，具有经济、社会效益。

目前，列车再生制动能量吸收装置主要包括以下类型：

1、电阻耗能型

电阻耗能型是将列车多余能量经大功率电阻以热能被耗散掉，其电路拓扑结构主要是含有IGBT的斩波电路和大功率制动电阻，如图1所示。当接触网电压过高且超过设定的预警电压时，通过控制IGBT导通比来调节电阻的吸收功率，经LC滤波电路将接触网能量引入制动电阻，实现稳定接触网电压的目的。但是电阻耗能型装置不节能、反耗能，具体表现为：

（1.1）再生制动电能在电阻上集中发热消耗，无法得到最大限度利用；

（1.2）电阻在散热过程中，需配置高功率散热风机，产生大量噪音污染；

（1.3）高功率散热风机增加电能的消耗。

2、逆变回馈型，逆变回馈型分为低压逆变回馈型和中压逆变回馈型

2.1低压回馈型

低压回馈型是利用大功率电力电子技术，将直流牵引网中的列车制动能量反馈至车站低压动力照明供电系统，可将接触网直流电逆变成三相交流电，与车站动力照明供电系统并网后供车站0.4kV动力照明负荷用电，其原理图如图2所示。对于0.4kV低压逆变回馈型装置具有以下缺陷：

（2.11）由于列车制动属于间歇式活动，且瞬时回馈功率一般较高，然而城市轨道交通车站0.4kV电网系统容量一般较小，0.4kV低压逆变回馈型装置实际被利用的再生电能相当有限，节能效果不明显；

（2.12）由于0.4kV低压逆变回馈型装置实际被利用的再生电能相当有限，为了达到稳定网压的作用，需要额外设置吸收电阻，存在电阻耗能型装置的全部缺点。

2.2中压回馈型

中压回馈型是利用大功率电力电子技术，将直流牵引网中的列车制动能量反馈至10kV或35kV中压环网，可将接触网直流电逆变成三相交流电，供10kV或35kV中压环网负荷使用，从而减小因列车制动造成的直流牵引网电压抬升，达到稳定网压的效果；而且，由于列车制动能量被回馈至中压环网，可减少或取消车载制动电阻配置，减轻列车固有载重的同时，减少因制动电阻散热带来的隧道通风能耗，其原理图如图3所示。对于10kV/35kV中压逆变回馈型装置具有以下缺陷：

（2.21）中压逆变回馈装置属于谐波源，会给电网带来谐波污染的隐患；

（2.22）受城轨线路行车组织运行图限制，中压逆变回馈至10kV/35kV网络的电能可能无法完全被邻车吸收，节能效果有限；

（2.23）受制于城轨线路行车组织运行的状态，当回馈的电能无法完全被邻车吸收，回馈的电能只能被10kV/35kV电网吸收的消耗掉，而无法进行再利用，因此这种中压逆变回馈方式无法达到真正节能、降本的目的和效果；

（2.24）虽然逆变回中压逆变回馈具备反向网压支撑的功能，但进行网压支撑时，需从10kV/35kV取电能来实现，不但不节能，反而耗能。

3、电容储能型

利用超级电容充放电速度快、功率密度大、效率高、工作稳定的特点，实现瞬时网压波动能量的吸收和支撑。如图4所示，其主要由两个部分组成：（3.1）由众多超级电容单体构成的超级电容储能部分；（3.2）连接地铁接触网与储能部分实现不同直流电压等级间能量变换和流动的双向DC/DC变换器。当列车制动时，再生制动能量使接触网电压升高，接触网电压超过阈值时DC/DC变换器将高压接触网侧能量降压向储能部分传输，实现再生制动能量的吸收；当列车启动时，造成接触网电压下降，此时DC/DC变换器将储能吸收的部分能量经DC/DC变换器向接触侧传输供地铁列车使用，实现了网压支撑以及再生制动能量利用。电容储能型装置存在以下缺陷：

（a）电容储能型再生制动吸收方式主要用于就地网压支撑，在超级电容储存的电能未在网压支撑条件下及时完全释放的情况下，多列车先后制动时无法持续重复吸收能量；

（b）电容储能型再生制动吸收方式主要用于就地网压支撑，能量再利用方式有限，再生制动能量综合利用效果不佳，节能效益有限；

（c）由于制动瞬时能量大、电压高，采用纯超级电容储能时，需要多套电容系统进行串、并联，才能满足高压、大电流的需求，因此其成本非常高。

4、飞轮储能型

飞轮储能方式将地铁接触网中多余电能以飞轮动能形式存储，如图5所示，其基本结构有DC/AC双向变换器、异步电机、飞轮以及轴承。当列车制动时，再生制动能量使接触网电压升高时，DC/AC双向变换器将接触网直流电逆变为三相交流电通过异步电机对飞轮进行加速，实现接触网电能到飞轮动能的转换，从而实现再生制动能量的吸收。当接触网电压不足时，三相异步电机工作于发电机状态，飞轮减速实现动能到电能的转换，输送到接触网使其电压维持稳定，实现了网压支撑以及再生制动能量利用。飞轮储能型装置具有以下缺陷：

（4.1）飞轮储能型再生制动吸收方式主要用于就地网压支撑，能量再利用方式有限，再生制动能量综合利用效果不佳，节能效益有限；

（4.2）当前飞轮储能技术尚未发展至成熟应用阶段，且飞轮机组对安装基础设施及环境要求较高。

5、混合储能型

混合储能型再生制动能量吸收方式的超级电容回路和蓄电池回路独立并联于牵引网直流母线，如图6所示。当列车制动，再生制动能量使接触网电压升高，接触网电压超过阈值时，超级电容回路的双向DC/DC变换器和蓄电池回路的双向DC/DC变换器将高压接触网侧能量降压分别向超级电容和蓄电池传输，实现再生制动能量吸收；当列车启动过程中造成接触网电压下降时，超级电容回路的双向DC/DC变换器和蓄电池回路的双向DC/DC变换器将超级电容和蓄电池能量分别注入直流接触网，供地铁列车使用，实现了再生制动能量的再利用。混合储能型装置具有以下缺陷：

（5.1）超级电容和蓄电池采用独立回路并联混合，无法实现能量转移和充分综合利用

超级电容回路和蓄电池回路独立并联于牵引网直流母线，未采用多端口交直流混合拓扑设计，需要经过牵引网直流母线才能实现超级电容与蓄电池之间的能量转移，导致能量与牵引网本身的能量将会混合交织在一起，无法实现解耦控制。因此，超级电容和蓄电池实际上只能为两个独立的储能回路，不能充分利用超级电容高功率密度和蓄电池高能量密度的综合优势来实现再生能量的综合再利用。

（5.2）未采用多端口交直流混合拓扑设计，不能给车站0.4kV动力照明负荷用电

车站混合储能型再生制动能量吸收方式的核心作用主要为网压吸收和支撑，未考虑车站0.4kV动力照明负荷就地用电，再生制动能量综合利用效果不佳。

（5.3）受城轨线路行车组织运行图限制，节能效果不明显，且存在网压抬升、列车闸瓦制动频繁启动的不良影响

由于不能实现能量从超级电容向蓄电池和车站0.4kV动力照明负荷的转移，当行车组织运行图出现多列车连续进站制动工况时，超级电容电量将很容易达到电压上限阈值，系统将无法重复、连续吸收列车再生制动能量，而且考虑电池的使用寿命，电池的能量不能经常性的大电流充放，电池的吸收作用不是太明显，因此节能效果不明显，且存在网压抬升、列车闸瓦制动频繁启动的不良影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轨道交通车辆及其再生制动能量综合利用装置、方法，以解决传统再生制动能量综合利用率低，节能效果不明显的问题。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种再生制动能量综合利用装置，包括：

第一DCDC转换器，其第一端与牵引网/接触网连接，其第二端与第一直流母线连接；

超级电容组，其与所述第一直流母线连接；

第二DCDC转换器，其第一端与所述第一直流母线连接，其第二端与第二直流母线连接；

蓄电池组，其与所述第二直流母线连接；

DC/AC转换器，其直流侧与所述第二直流母线连接，其交流侧与0.4kV交流母线连接；

控制模块，被配置为根据牵引网/接触网电压控制所述第一DCDC转换器的工作状态，实现所述超级电容组的充放电控制；根据第一直流母线电压控制所述第二DCDC转换器的工作状态，实现所述蓄电池组的充电控制；以及根据第一直流母线电压、或蓄电池组的荷电状态控制所述DC/AC转换器的工作状态，实现0.4kV低压配电控制。

进一步地，所述超级电容组是由多个串联和/或并联的超级电容单体构成。

进一步地，所述第二DCDC转换器为单向DCDC转换器或双向DCDC转换器。

基于同一发明构思，本发明还提供一种利用如上的再生制动能量综合利用装置进行再生制动能量综合利用的方法，所述方法包括以下步骤：

获取牵引网/接触网电压；当所述牵引网/接触网电压大于第一临界电压时，控制第一DCDC转换器处于降压状态，所述牵引网/接触网对超级电容组充电；当所述牵引网/接触网电压小于第二临界电压时，控制第一DCDC转换器处于升压状态，所述超级电容组对所述牵引网/接触网放电；

获取第一直流母线电压；当所述第一直流母线电压大于第三临界电压时，控制第二DCDC转换器处于导通状态，所述第一直流母线对蓄电池组充电；

当所述第一直流母线电压大于第三临界电压，或所述蓄电池组的荷电状态大于等于阈值下限时，控制DC/AC转换器工作，为0.4kV动力照明供电系统提供电源。

进一步地，所述第一临界电压是以最大限度地吸收再生制动能量，且降低牵引网/接触网电压为目标，根据牵引网/接触网的电压波动情况来确定的。

进一步地，所述第二临界电压是以满足0.4kV动力照明供电系统供电，且最大限度地抬高牵引网/接触网电压为目标，根据牵引网/接触网的电压波动情况来确定的。

进一步地，所述第三临界电压是使第二DCDC转换器稳定工作的第一直流母线电压下限值。

进一步地，当所述第一直流母线电压达到充电上限时，控制第一DCDC转换器不工作，停止所述牵引网/接触网对超级电容组充电；

当所述第一直流母线电压达到放电下限时，控制第一DCDC转换器不工作，停止所述超级电容组对所述牵引网/接触网或蓄电池组放电。

进一步地，当所述蓄电池组的荷电状态小于所述阈值下限时，控制DC/AC转换器不工作，停止所述蓄电池组对0.4kV动力照明供电系统放电；

当所述蓄电池组的荷电状态大于阈值上限时，控制第二DCDC转换器不工作，停止对所述蓄电池组充电。

基于同一发明构思，本发明还提供一种轨道交通车辆，所述车辆设有如上的再生制动能量综合利用装置。

有益效果

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明所提供的一种轨道交通车辆及其再生制动能量综合利用装置、方法，所述装置及方法采用多端口拓扑设计和分层控制，利用超级电容的快充快放功能实现再生制动能量的瞬时吸收以及牵引网/接触网的网压支撑功能；将瞬时再生制动能量存储于由超级电容组-蓄电池组组成的混合储能系统中，作为0.4kV动力照明供电系统的供电电源，实现瞬时能量转换成稳定电能以进行连续可靠供电目的，提高了低压负荷供电电源的可靠性，通过超级电容组和蓄电池组的合理配置，解决了传统需要多套电容储能系统并联来满足再生制动能量瞬时吸收的难题，降低了储能系统的成本，达到了最佳节能效果。

本发明将存储的再生制动能量用于列车启动过程中网压支撑能量，以及用于0.4kV动力照明供电系统的供电电源，实现了多端口能量的柔性分配。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明背景技术的电阻耗能型装置原理图；

图2是本发明背景技术的低压回馈型装置原理图；

图3是本发明背景技术的中压回馈型装置原理图；

图4是本发明背景技术的电容储能型装置原理图；

图5是本发明背景技术的飞轮储能型原理图；

图6是本发明背景技术的混合储能型原理图；

图7是本发明实施例的再生制动能量综合利用装置原理图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

如图7所示，本发明实施例所提供的一种再生制动能量综合利用装置，包括第一DCDC转换器、第二DCDC转换器、DC/AC转换器、超级电容组、蓄电池组以及控制模块；第一DCDC转换器的第一端与牵引网/接触网连接，其第二端与第一直流母线连接；超级电容组的与第一直流母线连接；第二DCDC转换器的第一端与第一直流母线连接，其第二端与第二直流母线连接；蓄电池组与第二直流母线连接；DC/AC转换器的直流侧与第二直流母线连接，其交流侧与0.4kV交流母线连接。图7中，端口1和端口4是装置对外端口，端口2和端口3是装置内部端口。

控制模块，被配置为根据牵引网/接触网电压控制所述第一DCDC转换器的工作状态，实现所述超级电容组的充放电控制；根据第一直流母线电压控制所述第二DCDC转换器的工作状态，实现所述蓄电池组的充电控制；以及根据第一直流母线电压、或蓄电池组的荷电状态控制所述DC/AC转换器的工作状态，实现0.4kV低压配电控制。

本发明综合利用装置通过第一DCDC转换器实现列车再生制动能量的吸收和列车启动过程中网压支撑的双向控制与流动；第一DCDC转换器的低压侧、超级电容组、第二DCDC转换器高压侧并联形成第一直流母线，将吸收的再生制动能量通过第一直流母线存储于超级电容组和蓄电池组，作为城市轨道交通车站0.4kV动力照明供电系统的供电电源，提高了低压负荷供电电源的可靠性，对整个车站直流电源屏中所有蓄电池组的配置进行整合，可达到最佳节能、降低成本的效果。

本发明综合利用装置通过电力电子变换技术实现不同交直流方式、不同电压等级间的互联和多向能量传递，且通过分层能量管理控制策略实现电能在装置内的多向灵活传输；相较于传统列车再生制动能量吸收方式，本发明具有多端口能量柔性综合利用的特点。

设牵引网/接触网电压为V _q ，第一直流母线电压为V _sc ，第一临界电压为V _qmax ，第二临界电压为V _qmin ，第三临界电压为V _scmin 。

当V _q 升高且V _q ＞V _qmax （即制动过程）时，控制模块控制第一DCDC转换器处于降压状态，牵引网/接触网对超级电容组充电，将再生制动能量存储于超级电容组；当V _q 降低且V _q ＜V _qmin （即列车启动过程）时，控制模块控制第一DCDC转换器处于升压状态，超级电容组对牵引网/接触网放电，支撑列车启动过程中牵引网/接触网电压，实现网压支撑；当列车处于正常行驶状态时，牵引网/接触网电压正常，第一DCDC转换器处于待机状态。本实施例中，控制模块通过输出的PWM脉冲控制第一DCDC转换器的工作状态。

当V _sc ＞V _scmin 时，控制模块控制第二DCDC转换器处于导通状态，第一直流母线对蓄电池组充电，蓄电池组的充电能量来源于牵引网/接触网或超级电容组。

当第一直流母线电压V _sc 达到充电上限V _scup 时，控制第一DCDC转换器不工作，停止牵引网/接触网对超级电容组充电，避免了超级电容组过充现象；当第一直流母线电压V _sc 达到放电下限V _sclow 时，控制第一DCDC转换器不工作，停止超级电容组对牵引网/接触网或蓄电池组放电，避免了超级电容组过放现象。

本发明采用多端口拓扑设计，牵引网/接触网、超级电容组、蓄电池组均可以为0.4kV动力照明供电系统供电，能量流灵活可靠。当满足以下任一条件时，控制模块输出的PWM脉冲控制DC/AC转换器处于并网供电状态，综合利用装置为0.4kV动力照明供电系统供电：

（1）当V _q ＞V _qmax 且V _sc ＞V _scmin 时；

（2）当V _sc ＞V _scmin 时；

（3）当蓄电池组的荷电状态SOC≥阈值下限α时。

当蓄电池组的荷电状态SOC小于阈值下限α时，控制DC/AC转换器不工作，停止蓄电池组对0.4kV动力照明供电系统放电，避免了蓄电池组过放现象；当蓄电池组的荷电状态SOC大于阈值上限β时，控制第二DCDC转换器不工作，停止对蓄电池组充电，避免了蓄电池组过充现象。

本实施例中，超级电容组是由多个并联的超级电容单体串联构成的，第一DCDC转换器为双向DCDC转换器，第二DCDC转换器为单向DCDC转换器或双向DCDC转换器。

本实施例中，第一临界电压V _qmax 是根据牵引网/接触网的电压波动情况来确定的，且以最大限度地吸收再生制动能量，且降低牵引网/接触网电压为目标，示例性的，V _qmax 为1700V~1730V范围内的值；第二临界电压V _qmin 是根据牵引网/接触网的电压波动情况来确定的，且以满足0.4kV动力照明供电系统供电，最大限度地抬高牵引网/接触网电压为目标，示例性的，V _qmin 为1350V~1400V范围内的值。

本实施例中，第三临界电压V _scmin 是使第二DCDC转换器稳定工作的第一直流母线电压下限值，第三临界电压V _scmin 一般由第二DCDC转换器的工作特性来决定，低于第三临界电压V _scmin ，第二DCDC转换器的输出电压将会不稳定。

相较于传统采用储能或混合储能技术的列车再生制动能量吸收方式，仅能进行网压支撑的单一作用，本发明可实现能量的综合利用，即：不仅具备网压支撑作用，还通过能量转移为车站0.4kV负荷供电，达到有效节能的目的，且可作为车站0.4kV应急电源，部分代替车站UPS蓄电池备用供电的作用，可减少UPS蓄电池配置，整合车站蓄电池储能资源，降低UPS蓄电池投资。

在非制动状态下，超级电容组经第二DCDC转换器将能量转移至蓄电池组以及经DC/AC转换器提供给0.4kV动力照明供电系统；在非制动状态且超级电容组电量不足时，蓄电池组的电能经DC/AC转换器提供给0.4kV动力照明供电系统。本发明可以实现列车再生制动能量的最大化吸收，无需增加额外热损耗、无噪音污染。

相较于0.4kV低压逆变回馈型列车再生制动吸收装置，本发明采用超级电容+蓄电池的混合储能系统，将列车制动大功率的间歇式能量转变为较小功率的持续能量，从而解决了车站0.4kV电网系统容量一般较小，不能及时消耗列车再生制动瞬时大功率能量的问题，给车站0.4kV负荷稳定可靠供电；不需要额外增加大功率制动电阻，解决了传统0.4kV低压逆变回馈型列车再生制动吸收装置存在的问题。

相较于10kV/35kV中压逆变回馈型列车再生制动吸收装置，本发明列车再生制动能量不反馈至10kV/35kV中压电网，不存在对10kV/35kV中压电网及地方电网的谐波污染，无需再从10kV/35kV中压电网取电，达到真正节能目的；且由于本发明装置所吸收列车再生制动能量可通过混合储能系统存储，并通过能量转移实现综合利用，可就地可控地进行网压支撑以及给车站0.4kV动力照明负荷供电，不受城轨线路行车组织运行图限制，节能效果更显著；同时，由于本发明装置所吸收列车再生制动能量均可就地综合利用，减少了车站配电变压器能耗和牵引机组能耗，可同时实现节能又降费的目标，节能效果和经济效果均可实现。

相较于电容储能型列车再生制动吸收装置，本发明采用超级电容+蓄电池的混合储能方案，采用一种全新的基于交直流混合多端口能量柔性转移技术的城轨再生制动能量综合利用拓扑结构，所吸收列车制动能量不仅可用于网压支撑，同时可通过能量转移将超级电容能量及时转移至蓄电池和车站0.4kV动力照明负荷，将超级电容容量释放，满足多列车先后制动时可持续重复吸收能量的条件，且制动能量通过超级电容+蓄电池+0.4kV动力照明供电系统同时吸收，减少超级电容配置，极大降低储能模组成本。

相较于传统混合储能型列车再生制动吸收装置，本发明可充分利用超级电容高功率密度和蓄电池高能量密度的综合优势来实现再生能量的综合再利用，同时给网压支撑和车站0.4kV动力照明负荷用电，可实现列车制动能量多端口柔性分配和综合利用，不受城轨线路行车组织运行图限制，节能效果显著。

本发明实施例还提供一种利用如上任一项所述的再生制动能量综合利用装置进行再生制动能量综合利用的方法，所述方法包括：

1、再生制动能量的存储以及列车启动时网压支撑

当V _q 升高且V _q ＞V _qmax （即制动过程）时，控制模块控制第一DCDC转换器处于降压状态，牵引网/接触网对超级电容组充电，将再生制动能量存储于超级电容组；当V _q 降低且V _q ＜V _qmin （即列车启动过程）时，控制模块控制第一DCDC转换器处于升压状态，超级电容组对牵引网/接触网放电，支撑列车启动过程中牵引网/接触网电压，实现网压支撑；当列车处于正常行驶状态时，牵引网/接触网电压正常，第一DCDC转换器处于待机状态。

2、能量转移至蓄电池组

当V _sc ＞V _scmin 时，控制模块控制第二DCDC转换器处于导通状态，第一直流母线对蓄电池组充电，蓄电池组的充电能量来源于牵引网/接触网或超级电容组。

当第一直流母线电压V _sc 达到充电上限V _scup 时，控制第一DCDC转换器不工作，停止牵引网/接触网对超级电容组充电，避免了超级电容组过充现象；当第一直流母线电压V _sc 达到放电下限V _sclow 时，控制第一DCDC转换器不工作，停止超级电容组对牵引网/接触网或蓄电池组放电，避免了超级电容组过放现象。

3、为0.4kV动力照明供电系统提供稳定可靠的供电电源

当满足以下任一条件时，控制模块输出的PWM脉冲控制DC/AC转换器处于并网供电状态，综合利用装置为0.4kV动力照明供电系统供电：

（1）当V _q ＞V _qmax 且V _sc ＞V _scmin 时；

（2）当V _sc ＞V _scmin 时；

（3）当蓄电池组的荷电状态SOC≥阈值下限α时。

当蓄电池组的荷电状态SOC小于阈值下限α时，控制DC/AC转换器不工作，停止蓄电池组对0.4kV动力照明供电系统放电，避免了蓄电池组过放现象；当蓄电池组的荷电状态SOC大于阈值上限β时，控制第二DCDC转换器不工作，停止对蓄电池组充电，避免了蓄电池组过充现象。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种再生制动能量综合利用装置，其特征在于，包括：

第一DCDC转换器，其第一端与牵引网/接触网连接，其第二端与第一直流母线连接；

超级电容组，其与所述第一直流母线连接；

第二DCDC转换器，其第一端与所述第一直流母线连接，其第二端与第二直流母线连接；

蓄电池组，其与所述第二直流母线连接；

DC/AC转换器，其直流侧与所述第二直流母线连接，其交流侧与0.4kV交流母线连接；

控制模块，被配置为根据牵引网/接触网电压控制所述第一DCDC转换器的工作状态，实现所述超级电容组的充放电控制；根据第一直流母线电压控制所述第二DCDC转换器的工作状态，实现所述蓄电池组的充电控制；以及根据第一直流母线电压、或蓄电池组的荷电状态控制所述DC/AC转换器的工作状态，实现0.4kV低压配电控制。

2.根据权利要求1所述的再生制动能量综合利用装置，其特征在于：所述超级电容组是由多个串联和/或并联的超级电容单体构成。

3.根据权利要求1或2所述的再生制动能量综合利用装置，其特征在于：所述第二DCDC转换器为单向DCDC转换器或双向DCDC转换器。

4.一种利用如权利要求1~3中任一项所述的再生制动能量综合利用装置进行再生制动能量综合利用的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获取牵引网/接触网电压；当所述牵引网/接触网电压大于第一临界电压时，控制第一DCDC转换器处于降压状态，所述牵引网/接触网对超级电容组充电；当所述牵引网/接触网电压小于第二临界电压时，控制第一DCDC转换器处于升压状态，所述超级电容组对所述牵引网/接触网放电；

获取第一直流母线电压；当所述第一直流母线电压大于第三临界电压时，控制第二DCDC转换器处于导通状态，所述第一直流母线对蓄电池组充电；

当所述第一直流母线电压大于第三临界电压，或所述蓄电池组的荷电状态大于等于阈值下限时，控制DC/AC转换器工作，为0.4kV动力照明供电系统提供电源。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一临界电压是以最大限度地吸收再生制动能量，且降低牵引网/接触网电压为目标，根据牵引网/接触网的电压波动情况来确定的。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二临界电压是以满足0.4kV动力照明供电系统供电，且最大限度地抬高牵引网/接触网电压为目标，根据牵引网/接触网的电压波动情况来确定的。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第三临界电压是使第二DCDC转换器稳定工作的第一直流母线电压下限值。

8.根据权利要求4~7中任一项所述的方法，其特征在于，当所述第一直流母线电压达到充电上限时，控制第一DCDC转换器不工作，停止所述牵引网/接触网对超级电容组充电；

当所述第一直流母线电压达到放电下限时，控制第一DCDC转换器不工作，停止所述超级电容组对所述牵引网/接触网或蓄电池组放电。

9.根据权利要求4~7中任一项所述的方法，其特征在于，当所述蓄电池组的荷电状态小于所述阈值下限时，控制DC/AC转换器不工作，停止所述蓄电池组对0.4kV动力照明供电系统放电；

当所述蓄电池组的荷电状态大于阈值上限时，控制第二DCDC转换器不工作，停止对所述蓄电池组充电。

10.一种轨道交通车辆，其特征在于：所述车辆设有如权利要求1~3中任一项所述的再生制动能量综合利用装置。

Images