[發明專利]地鐵車輛制動能量回收與釋放控制方法

無效

• 申請號: 201110107733.1
• 申請日: 2011-04-28
• 公開（公告）號: CN102201675A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 袁登科;韋莉;陳勝;沈小軍;奚笑東;姚勇濤;鄧奇
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明涉及城市軌道交通車輛節能技術，特別是涉及基于車載超級電容儲能裝置的地鐵車輛制動能量回收與釋放控制方法。

背景技術

目前再生制動能量的回收主要分為耗散式、能饋式和儲能式三種：

耗散式再生制動能量回收方式是通過電阻消耗多余的再生制動能量，在這種情況下，車輛的制動模式將從再生制動模式轉化為輔以電阻制動的再生制動模式或者是單純的電阻制動模式。耗散式再生制動能量裝置按安裝的地點可分為車載式和地面式。

能饋式再生制動能量回收方式是通過逆變裝置將能量回饋至交流電網供其它用電設備使用，可以節約機車制動電阻能耗，減少地鐵洞體溫升并減少通風設備的能耗，是節約能源的一種再生制動能量回收利用方式

儲能式再生制動能量回收方式是采用儲能器回收多余的再生制動能量，可以抑制直流電網電壓的升高；并且儲存的能量在車輛加速啟動的時刻釋放出來，可以給電網提供電壓支撐，防止電網電壓跌幅過大，同時回收的能量得到了有效利用。

可用于回收再生制動能量的儲能技術主要有：電池儲能、飛輪儲能、超導儲能

和超級電容儲能等。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高效、快速、節能的地鐵車輛制動能量回收與釋放控制方法。

本發明的目的可以通過以下方案來實現：地鐵車輛制動能量回收與釋放控制方法。包括用于解決制動能量收放時機問題的工況辨識分析，儲能裝置待機能量水平動態管理，以及用于直接控制雙向DC/DC變換器的制動能量回收與釋放底層控制；

所述的工況辨識分析，通過判斷牽引網電壓信號以及車輛VCU中牽引/制動狀態信號，來解決制動能量收放時機問題；當網壓上升，達到或超過能量存儲狀態啟動閾值（U_charge-up）時，雙向DC/DC變換器工作在Buck模式，能量存儲系統回收能量，盡量削減電壓峰值，直至網壓回落至正常范圍或超級電容器組不能再存儲能量為止；當網壓下降，達到或低于能量釋放狀態啟動閾值（U_{discharge-down}）時，雙向DC/DC變換器工作在Boost模式，能量存儲系統釋放能量，盡量填補電壓谷值，直至網壓上升至正常范圍或超級電容器組不能再釋放能量為止。工況辨識可以分析電壓下降的變化率大小來識別短路故障，當發生短路故障時，能量存儲與變換裝置立即脫離列車主電路進行自我保護。

所述的儲能裝置待機能量水平動態管理：當網壓在U_charge-up與U_{discharge-down}之間波動時，能量存儲系統處于待機狀態，要求能量存儲系統此時能自我調節超級電容器組儲能水平，為下次電壓補償或再生制動能量存儲做準備；

所述的制動能量回收與釋放底層控制，采用帶PI環節的電流環恒頻滑模控制。當儲能裝置處于釋放狀態時，通過逐步增大電流給定值的辦法來補償網壓的跌落，直至網壓上升至正常范圍或超級電容器組不能再釋放能量為止。當儲能裝置處于回收狀態時，采用電壓閉環作為控制外環，電流閉環作為控制內環，控制外環給出控制內環的電流給定值，從而將網壓控制在制動電阻動作電壓閾值以下。

目前較為有效的滑模變結構恒頻控制包括：基于等效控制理論的定頻滑模控制方法(PWM-SMC)與基于給定三角波的定頻滑模控制方法(RTW-SMC)。本發明采用基于給定三角波的定頻滑模控制方法，并進一步改進，將給定三角波環路推廣至雙三角波環路，實現恒頻控制并兼顧雙向DC/DC變換器的Buck與Boost模式平滑切換。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

本發明為基于車載儲能裝置的制動能量回收與釋放控制方法，是基于車輛自身的脫離電網的能量回收與釋放閉環系統，解決了地面級儲能裝置制動能量在線路流動時的損耗問題以及制動電流大環路范圍流動時帶來的電磁污染問題，真正實現了節能減排目的。同時，所述的儲能裝置待機能量水平動態管理，對儲能系統有優化作用，可以最大化的有效利用儲能器件，減小儲能裝置的體積和重量。同時，所述的制動能量回收與釋放底層控制方法具有快速響應的特點，適合地鐵車輛頻繁的啟動、制動過程。

附圖說明

圖1為本發明的實施例的示意圖。