CN115912426A - 一种网压自适应控制方法、装置及供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力电子和轨道交通供电技术领域，具体涉及一种网压自适应控制方法、装置及供电系统。本发明的网压自适应控制方法包括：采用方案一和/或方案二来实现网压自适应控制：方案一：当U_dc2<U_dc1+ΔU_{c_set2}、且U_{c_min}≤U_c≤U_{c_max}时，控制跳转到放电模式，使超级电容放电至直流接触网；方案二：当U_dc2>U_dc1+ΔU_{c_set1}、且U_{c_min}≤U_c≤U_{c_max}时，控制跳转到充电模式，使直流接触网向超级电容充电。本发明的网压自适应控制方法，将交流电网电压与直流接触网电压相结合，实现超级电容充放电的自适应控制，避免了因交流电网波动引起的超级电容误动作的情况。

Description

一种网压自适应控制方法、装置及供电系统

技术领域

本发明属于电力电子和轨道交通供电技术领域，具体涉及一种网压自适应控制方法、装置及供电系统。

背景技术

目前，轨道交通再生能量的吸收方式有电阻吸收型、逆变回馈型、超级电容储能型等多种型式，其中，超级电容储能型以电容储能的方式将城轨机车刹车制动时产生的多余能量储存至超级电容内，在机车牵引时再从超级电容中释放出来，此类型具有低碳节能、绿色环保、稳定可靠等优势，是未来城市轨道交通再生制动能量吸收的发展方向之一。

目前超级电容储能装置的工作模式通常为：检测直流接触网的电压，然后与充电启动阈值或者放电启动阈值进行比较，当直流接触网电压高于充电启动阈值时，装置进行充电吸收直流网能量存储至超级电容中，当直流接触网电压低于放电启动阈值时，装置将超级电容中的能量释放至直流接触网。

然而，上述工作模式常常存在如下问题：由于直流接触网电压是从整流器整流得到的直流电压，当交流网电压波动时，直流接触网电压也随之发生波动，仅靠直流网电压进行判断，容易导致超级电容储能装置出现误充电吸能或者误放电释能的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种网压自适应控制方法、装置及供电系统，以解决现有技术仅根据直流接触网电压判断导致超级电容误工作的问题。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案包括：

本发明的一种网压自适应控制方法，采用方案一和/或方案二来实现网压自适应控制：

方案一：当U_dc2<U_dc1+ΔU_{c_set2}、且U_{c_min}≤U_c≤U_{c_max}时，控制跳转到放电模式，使超级电容放电至直流接触网；

方案二：当U_dc2>U_dc1+ΔU_{c_set1}、且U_{c_min}≤U_c≤U_{c_max}时，控制跳转到充电模式，使直流接触网向超级电容充电；

其中，U_dc1为AC/DC整流器直流端电压、U_dc2为直流接触网电压、ΔU_{c_set1}为超级电容充电电压阈值、ΔU_{c_set2}为超级电容放电电压阈值、U_c为超级电容电压、U_{c_max}为超级电容最大工作电压、U_{c_min}为超级电容最小工作电压；ΔU_{c_set1}大于0，ΔU_{c_set2}小于0；AC/DC整流器的交流端用于连接交流电网，AC/DC整流器直流端连接直流接触网，直流接触网还连接有超级电容。

其有益效果为：本发明的网压自适应控制方法，以整流器直流端电压为基准，与直流接触网电压相结合，当整流器直流端电压因为交流电网的波动而发生波动时，由于超级电容充放电阈值的存在，使得供电系统不会因为轻微的电压波动而该变工作状态，实现供电系统的自适应控制，当采用方案一时，可以解决超级电容误放电的问题，当采用方案二时，可以解决超级电容误充电的问题，当采用方案一和方案二时，既可以解决超级电容误充电、也可以解决超级电容误放电的问题。

进一步的，方案一中，当U_c<U_{c_min}、或I_dc为0、或U_dc2>U_dc1-ΔU₂时，控制超级电容转为待机模式；方案二中，U_c>U_{c_max}、或I_dc为0、或U_dc2<U_dc1+ΔU₂时，控制超级电容转为待机模式；其中，直流接触网和超级电容之间设置有DC/DC变流器，I_dc为直流接触网与DC/DC变流器之间的电流，ΔU₂为超级电容待机电压阈值。

其有益效果为：结合整流器直流端电压、直流接触网电压和超级电容电压实现对超级电容待机状态的判断，避免了现有技术中仅靠直流接触网电压判断导致对超级电容待机状态判断错误的情况，进一步提高供电系统的可靠性。

进一步的，方案一中，超级电容放电至直流接触网时，放电电流为0.4I_n-0.6I_n之间的恒定电流；I_n为DC/DC变流器与超级电容之间的电流。

其有益效果为：控制放电电流为0.4I_n-0.6I_n之间的恒定电流，保证超级电容能够及时释放出直流接触网的能量。

进一步的，方案二中，直流接触网向超级电容充电时，充电电流为0.2I_n-0.35I_n之间的恒定电流；I_n为DC/DC变流器与超级电容之间的电流。

其有益效果为：遵循“慢充”的原则，在保证超级电容能够及时吸收直流接触网的能量的前提下，起到对超级电容的保护作用。

进一步的，整流器直流端电压U_dc1通过整流器交流端电压计算得到。

本发明的一种网压自适应控制装置，包括：处理器和存储器；处理器用于执行存储在存储器上的程序指令，以实现上述的网压自适应控制方法，达到与上述方法相同的有益效果。

本发明的一种供电系统，包括：交流电网、AC/DC整流器、直流接触网、超级电容，交流电网通过AC/DC整流器与直流接触网连接，直流接触网还连接有超级电容，还包括采集模块和网压自适应控制装置；采集模块用于采集AC/DC整流器直流端电压U_dc1、直流接触网电压U_dc2和超级电容电压U_c；网压自适应控制装置包括处理器和存储器，处理器用于执行存储在存储器中的程序指令，以实现如下方法：采用方案一和/或方案二来实现网压自适应控制：

方案一：当U_dc2<U_dc1+ΔU_{c_set2}、且U_{c_min}≤U_c≤U_{c_max}时，控制跳转到放电模式，使超级电容放电至直流接触网；

方案二：当U_dc2>U_dc1+ΔU_{c_set1}、且U_{c_min}≤U_c≤U_{c_max}时，控制跳转到充电模式，使直流接触网向超级电容充电；

其中，U_dc1为AC/DC整流器直流端电压、U_dc2为直流接触网电压、ΔU_{c_set1}为超级电容充电电压阈值、ΔU_{c_set2}为超级电容放电电压阈值、U_c为超级电容电压、U_{c_max}为超级电容最大工作电压、U_{c_min}为超级电容最小工作电压；ΔU_{c_set1}大于0，ΔU_{c_set2}小于0。

其有益效果为：本发明所提出的供电系统，通过实时监测AC/DC整流器直流端电压U_dc1和直流接触网电压U_dc2，将两者结合并引入阈值来判断供电系统的工作状态，避免现有技术中仅使用直流接触网电压进行判断导致的供电系统进行误充电或误放电的情况，提高了供电系统的可靠性。

进一步的，直流接触网和超级电容之间设置有DC/DC变流器；采集模块还用于采集直流接触网与DC/DC变流器之间的电流I_dc；处理器还用于实现以下方法：方案一中，当U_c<U_{c_min}、或I_dc为0、或U_dc2>U_dc1-ΔU₂时，控制超级电容转为待机模式；方案二中，U_c>U_{c_max}、或I_dc为0、或U_dc2<U_dc1+ΔU₂时，控制超级电容转为待机模式；其中，ΔU₂为超级电容待机电压阈值。

其有益效果为：结合整流器直流端电压、直流接触网电压和超级电容电压实现对超级电容待机状态的判断，避免了现有技术中仅靠直流接触网电压判断导致对供电系统待机状态判断错误的情况，进一步提高供电系统的可靠性。

进一步的，采集模块还用于采集DC/DC变流器与超级电容之间的电流I_n；方案一中，超级电容放电至直流接触网时，放电电流为0.4I_n-0.6I_n之间的恒定电流。

其有益效果为：控制放电电流为0.4I_n-0.6I_n之间的恒定电流，保证超级电容能够及时释放出直流接触网的能量。

进一步的，采集模块还用于采集DC/DC变流器与超级电容之间的电流I_n；方案二中，直流接触网向超级电容充电时，充电电流为0.2I_n-0.35I_n之间的恒定电流。

其有益效果为：遵循“慢充”的原则，在保证超级电容能够及时吸收直流接触网的能量的前提下，起到对超级电容的保护作用。

进一步的，整流器直流端电压U_dc1通过整流器交流端电压计算得到。

附图说明

图1是本发明的系统实施例中供电系统的结构示意图；

图2是本发明的方法实施例的网压自适应控制方法流程图；

图3是本发明的装置实施例的网压自适应控制装置的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做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。

系统实施例：

本实施例的供电系统的结构示意图如图1所示，包括：35kV交流电网、整流降压变、AC/DC整流器、一号开关柜、直流接触网、二号开关柜、DC/DC变流器、超级电容阵列、采集模块(图中未给出)和网压自适应控制装置(图中未给出)；其中，35kV交流电网与整流降压变、AC/DC整流器的交流端依次连接；直流接触网两端分别连接一号开关柜和二号开关柜，一号开关柜的另一端连接AC/DC整流器的直流端，二号开关柜的另一端连接DC/DC变流器高压端；DC/DC变流器的低压端与超级电容陈列连接。DC/DC变流器高压端与直流接触网之间采用Boost控制方式，DC/DC变流器低压端与超级电容之间采用Buck控制方式，DC/DC变流器的主功率器件为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。采集模块用于采集AC/DC整流器交流端电压U_g、直流接触网电压U_dc2、直流接触网与DC/DC变流器之间的电流I_dc、DC/DC变流器与超级电容之间的电流I_n和超级电容阵列电压U_c。网压自适应控制装置包括处理器和存储器，处理器用于执行存储在存储器中的程序指令，以实现本发明的一种网压自适应控制方法，该方法的流程图如图2所示，具体步骤如下：

当U_dc2<U_dc1+ΔU_{c_set2}、且U_{c_min}≤U_c≤U_{c_max}时，跳转到放电模式，超级电容以0.5I_n的恒定电流放电至直流接触网；

当放电至超级电容的电压U_c小于超级电容最小工作电压U_{c_min}，或者I_dc＝0，或者U_dc2>U_dc1-ΔU₂，则超级电容转为待机状态；

当U_dc2>U_dc1+ΔU_{c_set1}、且U_{c_min}≤U_c≤U_{c_max}时，跳转到充电模式，直流接触网以0.3I_n的恒定电流向超级电容充电；

当充电至超级电容的电压U_c大于超级电容最大工作电压U_{c_max}，或者I_dc＝0，或者U_dc2<U_dc1+ΔU₂，则超级电容转为待机状态。

其中，U_dc1＝U_g×1.414，ΔU₂为超级电容待机电压阈值。ΔU_{c_set1}设置为60～80V之间的任意一个数值，ΔU_{c_set2}设置为-260～-230V之间的任意一个数值，ΔU₂设置为80～120V之间的任意一个数值。本实施例中预设超级电容充电电压阈值ΔU_{c_set1}为70V、超级电容放电电压阈值ΔU_{c_set2}为-250V、超级电容待机电压阈值ΔU₂为100V。设ΔU₁＝U_dc1-U_dc2，待机模式时，ΔU₁为0，如果ΔU₁不为0，通过零漂校正U_dc2使得ΔU₁为0。

方法实施例：

本方法实施例针对的是如图1所示的的供电系统，该系统所包括的各个部件和各个部件之间的连接方式、工作原理已经在系统实施例中作详细介绍。基于该系统所采用的网压自适应控制方法的基本构思在于：利用整流器直流端电压、直流接触网电压的差值以及超级电容的电压来控制超级电容的工作状态，以实现自适应控制。关于该方法的具体实施过程已在系统实施例中做了详细介绍，本方法实施例不再赘述。

装置实施例：

本发明的一种网压自适应控制装置实施例，如图3所示，包括存储器、处理器和内部总线，处理器、存储器之间通过内部总线完成相互间的通信和数据交互。存储器包括至少一个存储于存储器中的软件功能模块，处理器通过运行存储在存储器中的软件程序以及模块，执行各种功能应用以及数据处理，实现本发明的方法实施例中介绍的一种网压自适应控制方法。

其中，处理器可以为微处理器MCU、可编程逻辑器件FPGA等处理装置。存储器可为利用电能方式存储信息的各式存储器，例如RAM、ROM等；也可为利用磁能方式存储信息的各式存储器，例如硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘等；还可为利用光学方式存储信息的各式存储器，例如CD、DVD等；当然，还可为其他方式的存储器，例如量子存储器、石墨烯存储器等。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种网压自适应控制方法，其特征在于：采用方案一和/或方案二来实现网压自适应控制：

方案一：当U_dc2<U_dc1+ΔU_{c_set2}、且U_{c_min}≤U_c≤U_{c_max}时，控制跳转到放电模式，使超级电容放电至直流接触网；

方案二：当U_dc2>U_dc1+ΔU_{c_set1}、且U_{c_min}≤U_c≤U_{c_max}时，控制跳转到充电模式，使直流接触网向超级电容充电；

其中，U_dc1为AC/DC整流器直流端电压、U_dc2为直流接触网电压、ΔU_{c_set1}为超级电容充电电压阈值、ΔU_{c_set2}为超级电容放电电压阈值、U_c为超级电容电压、U_{c_max}为超级电容最大工作电压、U_{c_min}为超级电容最小工作电压；ΔU_{c_set1}大于0，ΔU_{c_set2}小于0；AC/DC整流器的交流端用于连接交流电网，AC/DC整流器直流端连接直流接触网，直流接触网还连接有超级电容。

2.根据权利要求1所述的网压自适应控制方法，其特征在于：方案一中，当U_c<U_{c_min}、或I_dc为0、或U_dc2>U_dc1-ΔU₂时，控制超级电容转为待机模式；方案二中，U_c>U_{c_max}、或I_dc为0、或U_dc2<U_dc1+ΔU₂时，控制超级电容转为待机模式；其中，直流接触网和超级电容之间设置有DC/DC变流器，I_dc为直流接触网与DC/DC变流器之间的电流，ΔU₂为超级电容待机电压阈值。

3.根据权利要求1或2所述的网压自适应控制方法，其特征在于：所述方案一中，超级电容放电至直流接触网时，放电电流为0.4I_n-0.6I_n之间的恒定电流；I_n为DC/DC变流器与超级电容之间的电流。

4.根据权利要求1或2所述的网压自适应控制方法，其特征在于：所述方案二中，直流接触网向超级电容充电时，充电电流为0.2I_n-0.35I_n之间的恒定电流；I_n为DC/DC变流器与超级电容之间的电流。

5.根据权利要求1所述的网压自适应控制方法，其特征在于：所述整流器直流端电压U_dc1通过整流器交流端电压计算得到。

6.一种网压自适应控制装置，其特征在于：包括处理器和存储器；所述处理器用于执行存储在存储器上的程序指令，以实现权利要求1-5任一项所述的网压自适应控制方法。

7.一种供电系统，包括交流电网、AC/DC整流器、直流接触网和超级电容，交流电网通过AC/DC整流器与直流接触网连接，直流接触网还连接有超级电容，其特征在于：还包括采集模块和网压自适应控制装置；采集模块用于采集AC/DC整流器直流端电压U_dc1、直流接触网电压U_dc2和超级电容电压U_c；网压自适应控制装置包括处理器和存储器，处理器用于执行存储在存储器中的程序指令，以实现如下方法：

采用方案一和/或方案二来实现网压自适应控制：

方案一：当U_dc2<U_dc1+ΔU_{c_set2}、且U_{c_min}≤U_c≤U_{c_max}时，控制跳转到放电模式，使超级电容放电至直流接触网；

方案二：当U_dc2>U_dc1+ΔU_{c_set1}、且U_{c_min}≤U_c≤U_{c_max}时，控制跳转到充电模式，使直流接触网向超级电容充电；

其中，U_dc1为AC/DC整流器直流端电压、U_dc2为直流接触网电压、ΔU_{c_set1}为超级电容充电电压阈值、ΔU_{c_set2}为超级电容放电电压阈值、U_c为超级电容电压、U_{c_max}为超级电容最大工作电压、U_{c_min}为超级电容最小工作电压；ΔU_{c_set1}大于0，ΔU_{c_set2}小于0。

8.根据权利要求7所述的供电系统，其特征在于：直流接触网和超级电容之间设置有DC/DC变流器；采集模块还用于采集直流接触网与DC/DC变流器之间的电流I_dc；处理器还用于实现以下方法：方案一中，当U_c<U_{c_min}、或I_dc为0、或U_dc2>U_dc1-ΔU₂时，控制超级电容转为待机模式；方案二中，U_c>U_{c_max}、或I_dc为0、或U_dc2<U_dc1+ΔU₂时，控制超级电容转为待机模式；其中，ΔU₂为超级电容待机电压阈值。

9.根据权利要求7或8所述的供电系统，其特征在于：采集模块还用于采集DC/DC变流器与超级电容之间的电流I_n；所述方案一中，超级电容放电至直流接触网时，放电电流为0.4I_n-0.6I_n之间的恒定电流。

10.根据权利要求7或8所述的供电系统，其特征在于：采集模块还用于采集DC/DC变流器与超级电容之间的电流I_n；所述方案二中，直流接触网向超级电容充电时，充电电流为0.2I_n-0.35I_n之间的恒定电流。

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