[發明專利]城軌供電系統混合型再生能量回收方法及裝置

有效

• 申請號: 201410618141.X
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104333038A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 張鐵軍;賀文;翁星方;陳雪;陳廣贊;劉海濤;袁超;張玉平;謝湘劍;張瑜;周立明;劉鋼;陳文姣
• 申請（專利權）人: 株洲時代裝備技術有限責任公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J1/00;H02M7/5387;H02M3/155
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪;譚武藝

技術領域

本發明涉及城市軌道交通系統的城軌能量回收技術，具體涉及一種城軌供電系統混合型再生能量回收方法及裝置。

背景技術

城市軌道交通的再生制動能量(列車制動時，將列車的動能轉化再利用，而不是變成熱能)相當可觀，約為牽引能量的30％，除了部分能量被輔助供電系統吸收，多余的能量會通過再生制動能量回收裝置吸收或再利用。目前再生制動能量利用裝置可分為三類：能量吸收裝置、能量儲存裝置、能量回饋(將牽引電機的電動機工況轉變為發電機工況，將列車動能轉化為電能，電能通過變流器反饋給供電觸網，可提供給相鄰運行的列車使用的制動方式)裝置。

城軌能量回收系統中，列車制動時，直流網壓抬高，當網壓到達一定程度時，多余的能量通過能饋變流器和能饋變壓器，回饋至交流電網，供其他設備使用。當列車牽引導致直流網壓降低時，能量回收裝置能工作在整流狀態，與原有牽引系統協同工作，保持直流母線電壓穩定。

在實際應用中，一個變電所內有且僅有一套再生能量回收裝置，且不再設置其他吸收再生制動能量的方式，變電所土建設計同樣也只為一套再生能量回收裝置設計放置空間。當交流電網出現故障，再生制動能量不能再繼續回饋至交流電網，只能通過再生能量回收裝置吸收，否則多余的能量將不能及時消耗，這將引起變流器電流增大、直流母線電壓升高等問題，嚴重時可能會損壞變流器開關器件，影響地鐵的正常運行，嚴重影響了供電系統的穩定性和可靠性。因此，城軌供電系統的再生能量回收裝置的交流電網故障保護功能非常重要。在城軌能量回收供電系統中，對直流側故障的研究較多，對交流側故障研究很少?，F有技術有以下幾種方案：現有技術一：交流電網故障時，為了保護再生能量回收裝置，采取直接切斷能量回收裝置與交流側、直流側連接的措施來實現保護功能，但是突然切斷能量回收裝置，再生制動能量將無法消耗，直流側網壓抬升，嚴重影響了系統的正常運行?，F有技術二：采用混合型能量回收(列車制動時，結合能量回饋、超級電容儲能或者制動電阻耗能兩種工作方式，將再生制動能量回收再利用)裝置，即采用能量回饋+制動電阻或者超級電容儲能裝置，當交流電網故障時，能通過制動電阻消耗多余的能量，或者超級電容將多余能量儲存起來，但該種裝置本質上不是為了解決交流電網故障問題而設計的。同時，混合型能量回收裝置中，制動電阻和超級電容都需要通過斬波器模塊與直流母線相連，其中超級電容需要雙向DC/DC斬波模塊，使整個裝置的成本大大提高，同時增大了裝置體積，變電所的再生能量回收裝置空間也會增大，土建工程量則相應增加，也大大增加了變電所建設成本。

眾所周知，城市軌道交通供電系統的安全性和穩定性關系著乘客、運營人員、列車設備等多方面的安全。當供電系統出現故障時，要求系統有對應的保護電路，能自動反應和保護系統設備，保證系統的安全運行。在保證安全的前提下，供電系統應盡可能降低成本，提高設備復用率。但是，現有技術的城軌能量回收系統中，當交流側出現故障，混合型能量回收裝置需要制動電阻或超級電容來消耗或儲存多余的再生制動能量，制動電阻和超級電容都需要通過斬波器模塊與直流側母線相連，這將提高系統的成本。混合型能量回收裝置的結構比常規能量回饋裝置復雜，控制也相對復雜。常規能量回饋供電系統則是采取斷開能饋裝置的措施來保護設備，這將導致多余的再生制動能量無法消耗，直流側網壓迅速抬升，嚴重影響城軌系統的安全穩定運行。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種能夠在交流電網故障時，通過能量吸收組件吸收再生制動能量的方式保持直流網壓穩定，不需要切斷能量回收裝置與直流電網的連接，安全可靠性好，并且能省去斬波器結構、節約成本的城軌供電系統混合型再生能量回收方法及裝置。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種城軌供電系統混合型再生能量回收方法，包括如下步驟：在城軌運行狀態下，檢測交流電網的故障狀態，如果交流電網正常，則在列車制動時進入能量回饋模式，在能量回饋模式下將城軌牽引供電系統的直流電網輸出的再生制動能量通過能饋變流器轉換為交流電、再通過能饋變壓器轉換為指定電壓的交流電后回饋至交流電網；如果所述交流電網發生故障，則斷開所述能饋變流器到交流電網之間的通路，在列車制動時進入能量吸收模式，在能量吸收模式下將能饋變流器作為斬波器或者雙向DC/DC斬波器使用，將城軌牽引供電系統的直流電網輸出的再生制動能量轉換為低壓直流電后通過能量吸收組件吸收。

優選地，所述在能量回饋模式下將城軌牽引供電系統的直流電網輸出的再生制動能量通過能饋變流器轉換為交流電的步驟包括：