[實(shí)用新型]一種獨(dú)立串并聯(lián)模塊化地鐵再生制動(dòng)超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720505935.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-09
• 公開（公告）號(hào): CN206834780U
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 仇志凌;芮國強(qiáng);張明;李錦;胡磊磊;陳蕾;許忠元;戴新月;萬里強(qiáng);劉定坤;葛文海;石泉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京亞派科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H02J7/00
• 分類號(hào): H02J7/00;H02J7/14
• 代理公司: 南京源古知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)32300
• 代理人: 馬曉輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及城市軌道交通供電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模塊化地鐵再生制動(dòng)超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置。

背景技術(shù)

近幾年來我國城市軌道交通發(fā)展非常迅速，現(xiàn)有的地鐵牽引供電方式采用二極管整流機(jī)組將35/33kV中壓交流電整流成1500V直流，通過直流觸網(wǎng)對(duì)地鐵列車上的牽引電機(jī)供電。但是這種供電方式只能實(shí)現(xiàn)電能從電網(wǎng)到電機(jī)的單向功率流動(dòng)，而電機(jī)在制動(dòng)過程中工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，列車的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。為了保證直流觸網(wǎng)電壓在安全范圍內(nèi)，現(xiàn)在基本采用電阻耗電方式吸收列車制動(dòng)產(chǎn)生的電能，造成了電能的極大浪費(fèi)，電阻產(chǎn)生的熱量還增加了空調(diào)制冷負(fù)擔(dān)，這違背了國家節(jié)能減排方針。

隨著電力電子技術(shù)、超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置逐漸在地鐵里得到了應(yīng)用。超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置的基本原理是將制動(dòng)過程中電機(jī)發(fā)出的直流電能存儲(chǔ)到超級(jí)電容，牽引過程中則釋放能量，這樣電能就得到了再生利用，有效地提高了能源的利用效率。

目前對(duì)于再生制動(dòng)超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置，現(xiàn)有技術(shù)方案主要有以下幾種：

現(xiàn)有技術(shù)方案一：株洲時(shí)代裝備技術(shù)有限責(zé)任公司的發(fā)明專利《基于超級(jí)電容的儲(chǔ)能型再生制動(dòng)能量回收方法及系統(tǒng)》（申請(qǐng)?zhí)枺?01510186565.8），采用雙向DC/DC模塊串、并聯(lián)的方法兼容DC750/1500V兩種地鐵牽引供電制式和各種功率等級(jí)需求。但其超級(jí)電容器只進(jìn)行了串聯(lián)分組，并沒有進(jìn)行并聯(lián)分組，需要采用大量單體進(jìn)行直接并聯(lián)，存在單體間分流不均導(dǎo)致的可靠性風(fēng)險(xiǎn)。并且，該方案的雙向DC/DC模塊并沒有集成直流濾波電感和高頻濾波電容，其參數(shù)并不能很好地匹配不同的雙向DC/DC模塊并聯(lián)數(shù)量，影響紋波濾除效果。

現(xiàn)有技術(shù)方案二：2010年南京航空航天大學(xué)馮晶晶碩士學(xué)位論文《基于超級(jí)電容的再生制動(dòng)能量吸收利用技術(shù)研究》，采用了4 個(gè)變流模塊高壓側(cè)串聯(lián)、超級(jí)電容側(cè)獨(dú)立組合的模塊化結(jié)構(gòu)，模塊均壓控制復(fù)雜。并且，該方案沒有考慮變流模塊、超級(jí)電容并聯(lián)擴(kuò)容問題。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)方案均沒有考慮大量超級(jí)電容并聯(lián)帶來的均流一致性問題，存在可靠性隱患。

發(fā)明內(nèi)容

所要解決的技術(shù)問題：

本發(fā)明提供一種獨(dú)立串并聯(lián)模塊化地鐵再生制動(dòng)超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置，該裝置通過獨(dú)立連接超級(jí)電容組，從而減少了超級(jí)電容單體直接串、并聯(lián)的數(shù)量；降低了單體間串聯(lián)均壓、并聯(lián)均流的風(fēng)險(xiǎn)；并且能夠靈活覆蓋DC750/1500V、以及不同電流等級(jí)需求；能夠提高本發(fā)明的可靠性。

技術(shù)方案：

一種獨(dú)立串并聯(lián)模塊化地鐵再生制動(dòng)超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置，包括直流觸網(wǎng)、超級(jí)電容組模塊和DC750V雙向DC/DC模塊；其特征在于：一組超級(jí)電容組模塊與一組DC750V雙向DC/DC模塊相連為一組再生制動(dòng)模塊；所述直流觸網(wǎng)兩端串聯(lián)兩組再生制動(dòng)模塊分別為：第一再生制動(dòng)模塊和第二再生制動(dòng)模塊；所述第一再生制動(dòng)模塊與至少一組再生制動(dòng)模塊并聯(lián)；所述第二再生制動(dòng)模塊與至少一組再生制動(dòng)模塊并聯(lián)。本發(fā)明中與每臺(tái)雙向DC/DC模塊獨(dú)立連接的若干超級(jí)電容器組減少了超級(jí)電容單體直接串、并聯(lián)數(shù)量。DC750V雙向DC/DC模塊通過直流側(cè)2組模塊串聯(lián)實(shí)現(xiàn)DC1500V場合應(yīng)用，通過直流側(cè)并聯(lián)多組DC750V雙向DC/DC模塊滿足不同的電流要求。

進(jìn)一步地，所述DC750V雙向DC/DC模塊包括至少兩組并聯(lián)的IGBT半橋電路，所述直流觸網(wǎng)與并聯(lián)的IGBT半橋電路相連進(jìn)行斬波降壓。

進(jìn)一步地，所述DC750V雙向DC/DC模塊還包括直流熔斷器、直流濾波電感、直流母線電容；所述直流觸網(wǎng)依次經(jīng)過直流熔斷器、直流濾波電感和直流母線電容，再與并聯(lián)的IGBT半橋電路相連。

進(jìn)一步地，所述DC750V雙向DC/DC模塊還包括LCL濾波電路；所述LCL濾波器包括IGBT半橋電路輸出電感、高頻濾波電容和輸出濾波電感；所述并聯(lián)的IGBT半橋電路與LCL濾波電路相連。

進(jìn)一步地，還包括直流斷路器和電壓傳感器；所述LCL濾波電路通過直流斷路器和電壓傳給器與對(duì)應(yīng)的超級(jí)電容組相連。

上述電路中，地鐵直流觸網(wǎng)通過IGBT載波移相控制的雙向DC/DC電路斬波，得到的等效開關(guān)頻率是實(shí)際開關(guān)頻率n倍（n是并聯(lián)半橋橋臂數(shù)量）的脈沖直流電經(jīng)過LCL濾波器平滑濾波后與超級(jí)電容器組相連接，實(shí)現(xiàn)列車制動(dòng)再生能量存儲(chǔ)、牽引加速能量釋放。