CN206317824U - 轨道交通再生制动能量综合回收利用装置 - Google Patents

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温海平
李胜飞
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Abstract

本实用新型涉及一种轨道交通再生制动能量综合回收利用装置。该装置设有交流电压检测模块、直流电压检测模块、逻辑控制单元、飞轮储能系统和逆变器，飞轮储能系统根据牵引网直流母线电压值的高低与自身SOC 值状态，做出向牵引网直流母线提供或吸收电能的动作；逆变器结合牵引网直流母线电压值的高低与飞轮的soc状态，确定是否吸收牵引网直流母线电压，若逆变器回馈功率相对较小，则回馈至低压交流供电网，若逆变器回馈功率相对较大，则回馈至配电网。本实用新型避免了使用逆变回馈装置后造成电网电能质量下降，结合飞轮储能系统无限容量持续工作特性，吸收飞轮储能系统满电后无法吸收的部分能量，避免轨道交通列车再生自动失效，节能明显。

Description

轨道交通再生制动能量综合回收利用装置
技术领域
本实用新型涉及一种轨道交通再生制动能量综合回收利用装置，属于轨道交通系统节能技术领域。
背景技术
轨道交通领域列车的制动能量约占列车运行牵引能量的20%～50%。制动能量中除部分被邻车吸收外，早期采用制动电阻吸收剩余再生制动能量，这样便将能量白白浪费掉，并且电阻耗能产生的温升将会提高隧道温度，增加地铁内环控系统的负荷，目前中压逆变产品技术趋于成熟稳定，国内多条地铁线路正在挂网应用。中压逆变产品将列车产生的再生制动能量重新逆变回馈到交流电网，供线路上其它负荷使用，该方案节能，但是，回收的能量未必被地铁系统全部吸收利用，未能体现出直接的经济效益，并且在将来随着中压逆变产品的更大规模应用，由电子调制方式产生的电压信号将会含有更多的谐波成分，对电网的稳定运行产生不利的影响。飞轮储能装置具备大功率的能量存储与释放能力，充放电次数高达千万次，使用寿命长，能够将捕获的列车再生制动能量直接用于驱动列车运行，节能效果明显，但是单台飞轮储能系统的储能容量相对较低，目前逆变回馈装置价格相对较低，但逆变回馈装置单独大量使用，会对电网的电能质量产生干扰。
CN201310179540公开了一种城市轨道列车再生制动能量吸收利用系统及方法，其储能单元和逆变装置的动作逻辑仅依据直流母线电压值的高低变化，但在实际的地铁牵引系统运行中，直流母线电压的高低变化由两种因素构成，1交流侧供电网的电压波动，2列车的起制动。对于仅由交流侧供电网的电压波动，经过不可控整流二极管后产生的波动性直流母线电压，由于并非为列车起制动引起的直流母线电压波动，不应对地铁牵引网内能量进行吸收和释放，为避免能量的浪费，储能单元和逆变装置不应当产生动作。因此，仅根据直流母线电压的高低确定储能单元和逆变装置的动作逻辑，无法实现正确的动作逻辑。
实用新型内容
本实用新型旨在解决上述问题，而提供一种轨道交通再生制动能量综合回收利用装置，通过检测交流侧供电网的电压和直流母线牵引网电压，确定地铁牵引网直流母线电压波动的原因，由储能单元和逆变装置做出正确的动作逻辑，达到节能和稳定牵引网母线电压的目的。
本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：
一种轨道交通再生制动能量综合回收利用装置，包括10/35KV交流供电网、750VDC/1500VDC牵引网直流母线、储能单元、逆变器，10/35KV交流供电网通过牵引变压器、二极管整流器与750VDC/1500VDC牵引网直流母线电连接；
还包括一个逻辑控制单元；
750VDC/1500VDC牵引网直流母线与逻辑控制单元之间设置直流电压检测模块，直流电压检测模块检测750VDC/1500VDC牵引网直流母线电压值，将其变送为0～5VDC电压信号U1传送至逻辑控制单元；
10/35KV交流供电网与逻辑控制单元之间设置交流电压检测模块，交流电压检测模块采集10KV/35KV交流供电网电压值，并根据不可控二极管整流电路的整流比例系数得到牵引网直流母线的空载电压值，而后将其变送为0～5VDC电压信号U2传送至逻辑控制单元；
储能单元为飞轮储能系统，飞轮储能系统通过其驱动柜控制单元接入750VDC/1500VDC牵引网直流母线，驱动柜控制单元接收逻辑控制单元传送的偏差直流电压U，U=U1-U2；驱动柜控制单元根据U值大小以及自身SOC值状态作出决策，向飞轮储能系统的飞轮和接入750VDC/1500VDC牵引网直流母线的逆变器发出不同的控制指令；
逆变器的输出一路至低压交流供电网，另一路通过并网开关、升压变压器至10/35KV交流供电网。
采用上述技术方案的本实用新型，与现有技术相比，其有益效果是：
利用飞轮储能系统的充放电特性实现列车再生制动能量在地铁列车内部的回收再利用，相较于逆变回馈装置将能量回馈至交流供电电网的方式，节能明显，避免大量使用逆变回馈装置后造成电网电能质量的下降，同时又结合飞轮储能系统无限容量持续工作的特性，吸收飞轮储能系统满电后无法吸收的部分能量，避免轨道交通列车再生自动失效，同时降低整个项目的成本。
附图说明
图1是本实用新型实施例的结构示意图；
图2为飞轮储能系统的充放电控制示意图；
图3为工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本实用新型做进一步说明。
参见图1，一种轨道交通再生制动能量综合回收利用装置，由10/35KV交流供电网、交流电压检测模块、750VDC/1500VDC牵引网直流母线、直流电压检测模块、牵引变压器、二极管整流器、逻辑控制单元、飞轮储能系统、逆变器、并网开关、升压变压器、低压交流供电网组成，10/35KV交流供电网通过牵引变压器、二极管整流器与750VDC/1500VDC牵引网直流母线电连接，为牵引网直流母线提供能量。
750VDC/1500VDC牵引网直流母线与逻辑控制单元之间设置直流电压检测模块，直流电压检测模块检测750VDC/1500VDC牵引网直流母线电压值，将其变送为0～5VDC电压信号U1传送至逻辑控制单元。
10/35KV交流供电网与逻辑控制单元之间设置交流电压检测模块，交流电压检测模块采集10KV/35KV交流供电网电压值，并根据不可控二极管整流电路的整流比例系数得到牵引网直流母线的空载电压值，而后将其变送为0～5VDC电压信号U2传送至逻辑控制单元。
飞轮储能系统型号为GTR200，其为机电一体化产品，包括飞轮部分、驱动柜控制单元，飞轮部分为纯机械式储能，与永磁同步电动/发电机转子合为一体；飞轮储能系统通过其驱动柜控制单元接入750VDC/1500VDC牵引网直流母线，驱动柜控制单元接收逻辑控制单元传送的偏差直流电压U，U=U1-U2；驱动柜控制单元根据U值大小以及自身SOC值状态作出决策，向飞轮和逆变器发出不同的控制指令。
逆变器接入750VDC/1500VDC牵引网直流母线，逆变器的输出一路至低压交流供电网，另一路通过并网开关、升压变压器至10/35KV交流供电网。
参见图2、图3，上述装置的工作流程是：
采用直流电压检测模块检测地铁牵引网直流母线电压值，将其变送为0～5VDC信号值，采用交流电压检测模块采集交流供电电网电压值，并按比例系数变换为平均直流电压值，而后将其变送为0～5VDC信号值；利用地铁牵引网直流母线电压减去平均直流电压，得到的差值定义为偏差直流电压U。
飞轮储能系统根据750VDC/1500VDC牵引网直流母线电压值的高低与自身SOC 值状态，做出向750VDC/1500VDC牵引网直流母线提供或吸收电能的动作，有三种工作模式：充电模式；维持模式；放电模式。
当偏差直流电压U位于[-Ua，Ua]区间内，飞轮储能系统处于维持操作模式，以1%功率充放电使飞轮维持在SOC=0.5的状态，逆变回馈装置不工作。
当偏差直流电压U位于[-Ua，-Ub]区间内，地铁列车处于加速启动状态，飞轮储能系统执行放电操作模式，且放电功率随偏差直流电压U的增大而增大，当U位于[-Ub，-Uc]时，随着偏差直流电压U的增大，放电功率以100%功率输出，放电过程持续至飞轮储能系统的SOC值为0，逆变回馈装置不工作。
当偏差直流电压U位于[Ua，Ub]区间内，地铁列车处于减速制动状态，若飞轮储能系统SOC<1，飞轮储能系统处于充电操作模式，且充电功率随偏差直流电压U的增大而增大，当U位于[Ub，Uc]时，随着偏差直流电压U的增大，充电功率以100%功率输出，在此期间不断监测飞轮储能系统的SOC值，当SOC=1时，若偏差直流电压U仍位于[Ua，Uc]区间内，则启动逆变器，若逆变器回馈功率相对较小，则回馈至低压交流供电网，若逆变器回馈功率相对较大，则通过并网开关，升压变压器回馈至10KV/35KV交流供电网，将多余的再生制动能量逆变至交流供电电网。
上述实施例仅仅是对本实用新型作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种轨道交通再生制动能量综合回收利用装置，包括10/35KV交流供电网、750VDC/1500VDC牵引网直流母线、储能单元、逆变器，10/35KV交流供电网通过牵引变压器、二极管整流器与750VDC/1500VDC牵引网直流母线电连接；其特征在于：
还包括一个逻辑控制单元；
750VDC/1500VDC牵引网直流母线与逻辑控制单元之间设置直流电压检测模块，直流电压检测模块检测750VDC/1500VDC牵引网直流母线电压值，将其变送为0～5VDC电压信号U1传送至逻辑控制单元；
10/35KV交流供电网与逻辑控制单元之间设置交流电压检测模块，交流电压检测模块采集10KV/35KV交流供电网电压值，并根据不可控二极管整流电路的整流比例系数得到牵引网直流母线的空载电压值，而后将其变送为0～5VDC电压信号U2传送至逻辑控制单元；
储能单元为飞轮储能系统，飞轮储能系统通过其驱动柜控制单元接入750VDC/1500VDC牵引网直流母线，驱动柜控制单元接收逻辑控制单元传送的偏差直流电压U，U=U1-U2；驱动柜控制单元根据U值大小以及自身SOC值状态作出决策，向飞轮储能系统的飞轮和接入750VDC/1500VDC牵引网直流母线的逆变器发出不同的控制指令；
逆变器的输出一路至低压交流供电网，另一路通过并网开关、升压变压器至10/35KV交流供电网。
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