專利名稱：新型城市軌道交通再生電能回收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及城市軌道交通再生電能回收領(lǐng)域，具體是指一種新型城市軌道交通再生電能回收系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
城市軌道交通運(yùn)量大、安全、快捷、準(zhǔn)時(shí)，漸已成為大都市居民出行的首選方式。目前很多二級(jí)城市也在大力修建城軌。城市軌道交通相對(duì)于城際鐵路，具有站點(diǎn)多、站間距離短、乘客上下數(shù)量波動(dòng)大、發(fā)車頻率高的特點(diǎn)，這對(duì)車輛啟動(dòng)、加速和制動(dòng)都有很高的要求。 現(xiàn)代城市軌道交通車輛的制動(dòng)系統(tǒng)主要包括動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)、空氣制動(dòng)系統(tǒng)、指令和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。動(dòng)力制動(dòng)方式一般配合空氣制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于依靠牽引電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)車輪的電力機(jī)車和某些電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車上，一般包括再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)兩種。這種機(jī)車在制動(dòng)時(shí)，將電機(jī)線反接，牽引電機(jī)就會(huì)變成發(fā)電機(jī)，用多余的動(dòng)能發(fā)出電能，產(chǎn)生的電能可通過(guò)巨大電阻轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉，即電阻制動(dòng)，這種制動(dòng)方式一般應(yīng)用于直流車?；蛘邫C(jī)車制動(dòng)產(chǎn)生的電能經(jīng)整流以后回饋到機(jī)車牽引電網(wǎng)供給同一電網(wǎng)內(nèi)的其他列車使用，即再生制動(dòng)，這種方式一般應(yīng)用在交流機(jī)車上。再生制動(dòng)的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能，但再生電能并不是都能被其它牽引車輛吸收，剩余部分則消耗在車輛制動(dòng)電阻上并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌l(fā)到空氣中。車輛采用電阻制動(dòng)方式吸收電能比較穩(wěn)定，但制動(dòng)能量消耗在電阻上，既不能加以利用，又需在車輛上裝設(shè)大容量制動(dòng)電阻而導(dǎo)致車下設(shè)備的總體布置困難，車體重量和列車牽引耗電增加，同時(shí)還加大了對(duì)環(huán)境的污染。

發(fā)明內(nèi)容
為解決以上問(wèn)題，本發(fā)明提供一種綜合上述再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)兩種方式優(yōu)勢(shì)盡可能提供制動(dòng)能量利用率的新型城市軌道交通再生電能回收系統(tǒng)。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是新型城市軌道交通再生電能回收系統(tǒng)，其特征在于，包括
微處理器控制模塊用于完成電壓、電流、溫度等檢測(cè)信號(hào)的采集與預(yù)處理，并輸出相應(yīng)控制信號(hào)協(xié)調(diào)控制下述各功能模塊的工作實(shí)現(xiàn)能量回收與釋放的控制策略；
斬波器模塊，與軌道列車發(fā)動(dòng)機(jī)組連接，受微處理器控制模塊控制按制動(dòng)控制指令不斷改變導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)制動(dòng)輸出的電壓和電流的大??；制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)能量經(jīng)斬波器模塊輸出， 再經(jīng)DC/DC模塊向超級(jí)電容組儲(chǔ)能模塊充電；軌道列車牽引時(shí)，斬波器模塊開(kāi)啟，將超級(jí)電容中能量反送回直流牽引電網(wǎng)供軌道列車發(fā)動(dòng)機(jī)組使用；
超級(jí)電容器組儲(chǔ)能模塊，與DC/DC模塊連接，受微處理器控制模塊控制實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)與釋放；
DC/DC模塊，受微處理器控制模塊控制完成電壓雙向調(diào)整；
電阻制動(dòng)模塊，與軌道列車發(fā)動(dòng)機(jī)組及斬波器模塊連接，三者形成電流環(huán)路組成直流斬波控制電阻制動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)軌道機(jī)車制動(dòng)，電阻制動(dòng)模塊還用于釋放超級(jí)電容器組儲(chǔ)能模塊儲(chǔ)存的不能利用的多余電能。具體的，所述微處理器控制模塊采用TMS320F2812系列DSP處理器。具體的，所述DC/DC變換器模塊采用多通道交錯(cuò)并聯(lián)的Buck/Boost變換器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述系統(tǒng)綜合再生制動(dòng)及電阻制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，并配置超級(jí)電容器組，將軌道機(jī)車制動(dòng)能量進(jìn)行合理分配，當(dāng)列車制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)能量會(huì)通過(guò)反饋系統(tǒng)反饋到直流電網(wǎng)上，若有臨近列車經(jīng)過(guò)，則由臨近列車吸收；若檢測(cè)到反饋電壓沒(méi)有得到釋放，則將其轉(zhuǎn)換后儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)下一趟列車經(jīng)過(guò)時(shí)釋放；若儲(chǔ)存的電壓一直沒(méi)來(lái)得釋放，則可開(kāi)啟電阻制動(dòng)模塊，釋放多余電能。相對(duì)于電阻制動(dòng)方式，所述系統(tǒng)不但能夠?qū)崿F(xiàn)能源再利用，并能有效減少所需的電阻數(shù)量和體積，利于機(jī)車整體設(shè)計(jì)；相對(duì)于再生制動(dòng)方式，所述系統(tǒng)采用超級(jí)電容器組儲(chǔ)能能夠進(jìn)一步提高能源利用率，必要時(shí)候采用電阻釋放電能保證機(jī)車牽弓I電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。


圖1所述系統(tǒng)組成原理示意框圖； 圖2直流斬波控制電阻制動(dòng)電路組成示意圖； 圖3超級(jí)電容器組儲(chǔ)能模塊實(shí)施例原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理作詳細(xì)的描述。本發(fā)明揭示的新型城市軌道交通再生電能回收系統(tǒng)如圖1所示，其包括微處理器控制模塊及與其連接的斬波器模塊、超級(jí)電容器組儲(chǔ)能模塊、DC/DC模塊；還包括電阻制動(dòng)模塊，電阻制動(dòng)模塊與軌道列車發(fā)動(dòng)機(jī)組及斬波器模塊連接。所述斬波器模塊采用直流斬波器。當(dāng)軌道機(jī)車需停車制動(dòng)時(shí)，所述系統(tǒng)工作于再生制動(dòng)方式，則斬波器模塊的斬波器導(dǎo)通，制動(dòng)電流流過(guò)各個(gè)電機(jī)電樞、勵(lì)磁線圈、平波電抗器和制動(dòng)電阻，使電機(jī)建立起電樞電勢(shì)，從而使平波電抗器也建立起感應(yīng)電勢(shì)；當(dāng)斬波器關(guān)閉，電路通過(guò)二極管續(xù)流，電樞電勢(shì)與平波電抗器上的感應(yīng)電勢(shì)疊加，向牽引電網(wǎng)饋電。如果這時(shí)電網(wǎng)上有負(fù)載或其他列車在附近，則可以吸收電能，再生制動(dòng)成功；如果制動(dòng)能量沒(méi)有被臨近列車消耗，會(huì)導(dǎo)致直流電網(wǎng)電壓升高，當(dāng)電網(wǎng)電壓上升到設(shè)定最大值時(shí)，電壓電流傳感器感應(yīng)該信號(hào)后傳輸給微處理器控制模塊，微處理器控制模塊控制斬波器開(kāi)啟，電網(wǎng)電壓經(jīng)DC/DC模塊，向超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊充電。圖2為直流斬波控制電阻制動(dòng)電路，其由斬波器模塊、電阻制動(dòng)模塊和軌道機(jī)車的發(fā)動(dòng)機(jī)組組成。制動(dòng)時(shí)，斬波器啟動(dòng)，電機(jī)接通負(fù)載(電阻制動(dòng)模塊的電阻)就會(huì)有制動(dòng)電流，然后制動(dòng)電流產(chǎn)生制動(dòng)力使列車減速，但列車減速會(huì)使電機(jī)電樞轉(zhuǎn)速下降，引起電機(jī)的電樞電勢(shì)下降，從而使制動(dòng)電流和制動(dòng)力下降。制動(dòng)電流的下降還會(huì)使平波電抗器的感應(yīng)電勢(shì)減小，達(dá)不到再生制動(dòng)的條件。為了保證恒定的制動(dòng)力矩和足夠的反饋電壓，在上述的直流制列車制動(dòng)時(shí)，直流斬波器按列車控制單元及制動(dòng)控制單元的指令，不斷調(diào)節(jié)斬波器導(dǎo)通比，無(wú)級(jí)、均勻地控制制動(dòng)電流，使制動(dòng)力和再生制動(dòng)電壓持續(xù)保持恒定。當(dāng)車速較高時(shí)，制動(dòng)電流較大，再生制動(dòng)電路需串入較大的電阻，并且將斬波器導(dǎo)通角控制得較小，以控制制動(dòng)電流不能太大；當(dāng)車速太低時(shí)，制動(dòng)電流較小，再生制動(dòng)電路會(huì)在調(diào)節(jié)過(guò)程中逐級(jí)切除電阻，并將斬波器全導(dǎo)通，以提高制動(dòng)電流并維持反饋電壓。在列車進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，再生制動(dòng)產(chǎn)生的電能有時(shí)并不能完全反饋給電網(wǎng)，這時(shí)會(huì)在微處理器的控制作用下，將能量消耗在制動(dòng)電阻器上，以保持制動(dòng)恒定。斬波器模塊包括控制器(GTO)按微處理器的制動(dòng)控制指令不斷改變導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)電流環(huán)路制動(dòng)電壓和電流的大小。電路中的電阻箱中也根據(jù)制動(dòng)電流的調(diào)節(jié)需要，按照車速的逐步減低而逐級(jí)短接，最后全部切除。為了盡快地將電阻制動(dòng)電能在電阻上產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，制動(dòng)電阻器箱的一端裝有功率很大的通風(fēng)機(jī)。通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速非常高，排風(fēng)量也相當(dāng)大。強(qiáng)迫冷風(fēng)可以使溫度下降很多。超級(jí)電容是一種大容量?jī)?chǔ)能器件，具有功率密度高、充放電時(shí)間短、效率高、使用壽命長(zhǎng)、清潔環(huán)保等特點(diǎn)。當(dāng)同一電網(wǎng)中無(wú)相鄰列車時(shí)，牽引電網(wǎng)電壓就會(huì)過(guò)高，不能接受反饋電壓，此時(shí)在微處理器的控制下，能量通過(guò)DC/DC模塊轉(zhuǎn)換后給超級(jí)電容器組充電儲(chǔ)能。如圖3，超級(jí)電容器組儲(chǔ)能模塊包括吸收電容Ch，用于感應(yīng)電網(wǎng)電壓的電壓傳感器SV1、串聯(lián)于電網(wǎng)輸出端的電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)SO、與開(kāi)關(guān)SO分別串接的直流快速斷路器K1、 K2、與斷路器K1、K2另一端相接的電感線圈Li，受微處理器控制的IGBT變流管VT1、VT2。所述微處理器可采用型號(hào)為TMS320F2812的32位DSP，其工作頻率為150MHz，具有強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理功能，能快速完成各種數(shù)字處理算法。該DSP還具有兩個(gè)通用串行接口與1個(gè)增強(qiáng)型CAN接口，可方便實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)其它功能模塊及上位機(jī)之間通信。
權(quán)利要求
1.一種新型城市軌道交通再生電能回收系統(tǒng)，其特征在于，包括微處理器控制模塊用于完成電壓、電流、溫度等檢測(cè)信號(hào)的采集與預(yù)處理，并輸出相應(yīng)控制信號(hào)協(xié)調(diào)控制下述各功能模塊的工作實(shí)現(xiàn)能量回收與釋放的控制策略；斬波器模塊，與軌道列車發(fā)動(dòng)機(jī)組連接，受微處理器控制模塊控制按制動(dòng)控制指令不斷改變導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)制動(dòng)輸出的電壓和電流的大?。恢苿?dòng)時(shí)，制動(dòng)能量經(jīng)斬波器模塊輸出， 再經(jīng)DC/DC模塊向超級(jí)電容組儲(chǔ)能模塊充電；軌道列車牽弓I時(shí)，斬波器模塊開(kāi)啟，將超級(jí)電容中能量反送回直流牽引電網(wǎng)供軌道列車發(fā)動(dòng)機(jī)組使用；超級(jí)電容器組儲(chǔ)能模塊，與DC/DC模塊連接，受微處理器控制模塊控制實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)與釋放；DC/DC模塊，受微處理器控制模塊控制完成電壓雙向調(diào)整；電阻制動(dòng)模塊，與軌道列車發(fā)動(dòng)機(jī)組及斬波器模塊連接，三者形成電流環(huán)路組成直流斬波控制電阻制動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)軌道機(jī)車制動(dòng)，電阻制動(dòng)模塊還用于釋放超級(jí)電容器組儲(chǔ)能模塊儲(chǔ)存的不能利用的多余電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型城市軌道交通再生電能回收系統(tǒng)，其特征在于所述微處理器控制模塊采用TMS320F2812系列DSP處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型城市軌道交通再生電能回收系統(tǒng)，其特征在于所述DC/ DC變換器模塊采用多通道交錯(cuò)并聯(lián)的Buck/Boost變換器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型城市軌道交通再生電能回收系統(tǒng)，包括微處理器控制模塊及與其連接的斬波器模塊、超級(jí)電容器組儲(chǔ)能模塊、DC/DC模塊；還包括電阻制動(dòng)模塊，電阻制動(dòng)模塊與軌道列車發(fā)動(dòng)機(jī)組及斬波器模塊連接。所述系統(tǒng)綜合再生制動(dòng)及電阻制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，并配置超級(jí)電容器組，將軌道機(jī)車制動(dòng)能量進(jìn)行合理分配，當(dāng)列車制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)能量會(huì)通過(guò)反饋系統(tǒng)反饋到直流電網(wǎng)上，若有臨近列車經(jīng)過(guò)，則由臨近列車吸收；若檢測(cè)到反饋電壓沒(méi)有得到釋放，則將其轉(zhuǎn)換后儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)下一趟列車經(jīng)過(guò)時(shí)釋放；若儲(chǔ)存的電壓一直沒(méi)來(lái)得釋放，則可開(kāi)啟電阻制動(dòng)模塊，釋放多余電能。
文檔編號(hào)B60L7/10GK102358191SQ20111022376
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者戴瑜興, 陳建榮, 黃德科 申請(qǐng)人:惠州市標(biāo)頂空壓技術(shù)有限公司, 湖南大學(xué)