[實用新型]一種基于飛輪技術的軌道交通系統儲能再生裝置

有效

• 申請號: 201120180842.1
• 申請日: 2011-05-31
• 公開（公告）號: CN202103435U
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 張昊;張金金;劉富剛;索紅亮
• 申請（專利權）人: 北京英博電氣股份有限公司;北京英博新能源有限公司;廊坊英博電氣有限公司
• 主分類號: H02J3/30
• 分類號: H02J3/30
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術領域

本實用新型為電力電子技術領域，?尤其是涉及軌道交通系統中，存儲機車制動產生的電能，并在電網需要時，快速釋放到電網中的電氣設備。

背景技術

地鐵軌道交通大量使用直流供電，供機車驅動。機車在啟動加速時從直流電網獲取電能，機車在減速制動時，向系統反送電能，由于反送電能容易造成電網電壓波動，所以為了避免電網電壓波動，常規做法是在機車上安裝大功率電阻箱，用于消耗反送的電能。該方法一方面消耗了機車的有效運能，另一方面浪費大量電能。因此如何解決反送電能再利用的技術，對于降低軌道交通能耗，提高機車運行效率意義重大。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種儲能機構和相應的控制設備，有效利用軌道機車反送的電能，同時避免電網電壓波動，降低軌道交通能耗，提高機車運行效率。

為了實現本實用新型的目的，特提出一種基于飛輪技術的軌道交通系統儲能再生裝置，該裝置由飛輪機械裝置與相應的控制電路組成，所述儲能再生裝置包括直流母線、飛輪儲能裝置、控制系統、逆變器；其中，

所述飛輪儲能裝置包括：外殼和安裝在外殼上的滾珠軸承，承載高速旋轉的飛輪；磁力線圈，安裝在上下外殼內；飛輪轉子，同時兼作馬達和發電機的轉子；

所述逆變器由三相PWM逆變橋和濾波電容構成，將所述飛輪儲能裝置與所述直流母線接通，驅動所述飛輪轉子高速旋轉，或將飛輪儲能裝置釋放的電能輸送到所述直流母線中去；

所述控制系統包括儲能逆變控制器、直流檢測系統和驅動系統，實時監測直流母線電壓，驅動逆變器給飛輪儲能裝置儲能或控制飛輪儲能裝置發電；

所述飛輪儲能裝置還包括保護模塊和冷卻系統，該保護模塊包括速度傳感器、溫度傳感器和位置傳感器，檢測的數據包括飛輪儲能裝置的速度、溫度和位置信息；所述冷卻系統對飛輪儲能裝置進行冷卻。

所述驅動系統包括啟動裝置和脈寬調制控制裝置，驅動所述逆變器，所述脈寬調制控制裝置的脈沖信號為數字信號。

所述儲能再生裝置用于1500V及以下直流電壓等級，適合軌道交通系統對電壓的需求，該裝置可以安裝在軌道機車上或軌道交通直流配電站中。

本實用新型的儲能再生裝置一方面解決了機車制動時的反送電損耗問題，同時可以保證直流系統電壓穩定，提高了機車和供電系統效率。

附圖說明

圖1是本實用新型的儲能再生裝置原理圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本實用新型進一步詳細說明。

圖1是本實用新型儲能再生裝置原理圖；如圖所示，本實用新型所述的儲能再生裝置是一種基于飛輪技術的軌道交通系統制動能儲能再生裝置，其特點是采用飛輪技術的機械裝置與相應的控制電路構成，控制電路通過逆變器裝置使電網電能驅動飛輪高速運動或將飛輪高速運動存儲的動能轉化為電能，輸送給電網，電能在電網中雙向流動。

所述的儲能再生裝置包括直流系統、飛輪儲能模塊、控制系統模塊、驅動模塊、逆變器模塊、保護模塊以及冷卻系統。其中：

飛輪儲能系統是一種機電能量轉換的儲能裝置，已經是成熟的技術，該儲能裝置包括外殼和安裝在外殼上的滾珠軸承，承載高速旋轉的飛輪；外殼為上下兩部分組合而成，在上下外殼內安裝環形磁力線圈，飛輪同時也作為馬達和發電機的轉子；該儲能再生裝置突破了化學電池儲能的局限，用物理方法實現儲能。將飛輪儲能裝置作為電動／發電互逆式雙向電機，實現電能與高速運轉飛輪轉子的機械動能之間的相互轉換與儲存，并通過逆變器模塊進行調頻、整流、恒壓，與直流電網互聯。

逆變器模塊由三相PWM逆變橋和濾波電容構成，是一種雙向變流器，在控制器控制下，可以將飛輪儲能系統與直流母線接通，驅動飛輪機構高速旋轉，也可以將飛輪儲能系統釋放的電能輸送到直流母線中去，達到雙向變流的功能。

控制系統模塊的儲能逆變控制器實時監測直流母線電壓，當母線電壓升高時，控制器通過驅動電路對輸出脈沖的脈寬進行調制，該調制信號轉換為數字信號驅動逆變器模塊，給飛輪機構儲能。當母線電壓降低時，控制器控制飛輪機構發電，通過驅動電路驅動逆變器模塊，向直流電網注入電能。

一般軌道機車減速制動時，機車是將電能反送到直流系統中，直流系統電壓升高，電能通過雙向變流器驅動飛輪高速旋轉，將電能轉化為機械能儲存在飛輪裝置中，直流系統電壓穩定，同時，控制器實時監測電網功率消耗和直流母線電壓，在需要時，快速將飛輪裝置中儲存動能轉化為電能，將電能釋放至電網，穩定電網電壓，該裝置實現雙向電能流動。