[發明專利]一種運用于高速鐵路系統的儲能拓撲結構

在審

• 申請號: 201810036539.0
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN108599207A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 袁佳歆;肖非然;倪周
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32;H02M3/335;H02M7/797
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 薛玲

本發明提供了一種運用于高速鐵路系統的儲能拓撲結構，所述儲能拓撲結構為三相電儲能拓撲結構，每相電儲能拓撲結構分為上橋臂和下橋臂兩部分，上橋臂和下橋臂分別由n個多電平換流器模塊(MMC)、n個電力電子變壓器模塊(ETM)、n個蓄電池模塊(U)以及一個緩沖電感構成，n為大于1的正整數。每相電上多電平換流器模塊(MMC)與多電平換流器模塊(MMC)之間串聯連接，多電平換流器模塊(MMC)與電力電子變壓器模塊(ETM)之間并聯連接，電力電子變壓器模塊(ETM)與蓄電池模塊(U)并聯連接。與現有技術相比，本發明使得再生能量被充分合理的利用，改善了剎車制動時電網的電能質量，具有節能環保的優點。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，涉及一種運用于高速鐵路系統的儲能拓撲結構。

背景技術

近年來隨著我國高速鐵路產業的飛速發展，我國已成為目前世界上高鐵運行線路最長的國家，其裝機功率與發車密度也位居國際前列。高速鐵路具有運輸能力強、乘坐舒適、節能環保等特點，但同時也是為數不多的直接接入電力系統的重要負荷之一。相比于傳統的交-直型電力機車，高速鐵路具有牽引負荷功率大、可靠性要求高、取流時間長的特點。由于高速鐵路具有運行速度快、負荷功率大的特點，其所產生的再生制動能量也是相當可觀的。

在高速列車進行剎車制動時，會產生制動能量，目前高速鐵路產生的再生制動能量主要包含兩個利用途徑:一是被同一供電段內正在牽引運行的高速列車所吸收；二是直接返送回電力系統。但是由于電力機車屬于單相非對稱性負載，回饋到電力系統的再生制動能量包含大量的諧波成分以及負序分量，嚴重影響了電力系統的安全運行，因此電力公司對這部分返送電網的電量采用了懲罰性收費，也就是返送電網的電量等同于消耗的電量，即所謂的“倒送正計”，這無疑增加了高速鐵路的運行成本。為了滿足日益增長的高速鐵路客運需求和應對不斷上漲的運維成本，對于電氣化鐵路再生制動能量利用方案的研究便具有重要意義，這也符合現今世界都在提的節能環保的主題。

目前，在列車再生制動過程中，一般將再生制動能量利用存儲設備儲存起來，儲能裝置控制系統根據接觸網電壓、電流方向等條件判斷出列車處于再生制動工況時，儲能轉換環節啟動，將再生制動能量儲存于能量存儲器件中。而當列車工作在加速、爬坡等需消耗大量功率的工況時，能量變換環節再次啟動，此時儲能器件中的電能釋放出來加以利用。根據儲能器件的不同可分為電池儲能、超導儲能、飛輪儲能和超級電容儲能等，由于MMC具有高度模塊化的結構，具有公共直流母線，而且保留了傳統多電平變換器的優點，因此在采用MMC進行儲能時，不僅節能環保，而且改善了剎車制動時的電能質量，同時使MMC子模塊電容電壓的控制更加靈活。

然而，由于高速鐵路系統的應用電壓等級較高，為27.5kV，而儲能型MMC中用作儲能的蓄電池組主要運用于低壓等級，為36V-720V，因此不能直接將其接入高速鐵路系統之中，目前雖然存在通過使用工頻變壓器降壓來完成降壓儲能的結構，但這種拓撲結構存在造價高、安裝空間大等一系列缺點，導致了應用的局限性。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種運用于高速鐵路系統的儲能拓撲結構。