本實用新型屬于制動能量回饋系統(tǒng)技術領域，特別是涉及一種節(jié)能減排的車載式軌道交通制動能量回饋系統(tǒng)。

背景技術：

城市軌道交通的制動一般為電制動(即再生制動、電阻制動)和空氣制動兩級,再生制動時，牽引電動機處于發(fā)電機工況，再生電能通過VVVF逆變器反饋至直流牽引網(wǎng)。牽引網(wǎng)獲得的再生電能除小部分被車輛電氣設備利用外，其余被供電網(wǎng)上其他車輛或電氣設備吸收利用。軌道交通供電系統(tǒng)整流設備具有不可逆性，當線路上沒有足夠的負載吸收再生電能時，過剩的再生電能會抬升供電網(wǎng)電壓，當其超過安全電壓后，會引起再生制動失效。對這部分再生電能，國內大部分軌道交通系統(tǒng)使用車載設置的電阻器以熱耗散形式消耗，以保證牽引網(wǎng)安全供電。由于制動電阻體積大，且其熱耗散會引起隧道溫升，采用該方法需要專門的電阻器設置場所及通風散熱設備,增加運行費用的同時造成了能量的浪費，降低了能量利用率。根據(jù)經(jīng)驗，列車再生制動產(chǎn)生的反饋能量一般為牽引能量的30％甚至更多，僅有30％～50％的制動能量能夠得到利用。

車載儲能系統(tǒng)以其良好的技術經(jīng)濟型,受到國內外專家、研究學者的青睞。通過將車載儲能系統(tǒng)作為軌道交通和直流牽引網(wǎng)之間的能量緩沖系統(tǒng)，不但可以保證城軌車輛再生制動的順利進行，同時可有效地改善直流網(wǎng)壓的相對穩(wěn)定性。然而現(xiàn)有技術中，以超級電容器作為儲能裝置的儲能系統(tǒng)存在缺陷。超級電容器的能量密度低，體積大，儲能裝置的整體重量重，對于車載式軌道交通而言，增加了其運行負擔，更不能滿足地鐵車輛的平衡要求。此外，由于車載儲能裝置的存儲容量有限，對于超過其額定容量的制動能量如果沒有及時處理，過剩的制動回饋能量仍然會造成牽引網(wǎng)壓波動，因此穩(wěn)定性相對較差。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種基于新型儲能裝置的車載式軌道交通制動能量回饋系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備吸收儲存能量快，體積小，重量輕，且能夠保證牽引網(wǎng)壓相對穩(wěn)定。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案：一種基于新型儲能裝置的車載式軌道交通制動能量回饋系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括啟動模塊，變流模塊，儲能模塊以及電阻模塊，所述啟動模塊連接于車輛主母線的正負極兩端，儲能模塊經(jīng)變流模塊后與啟動模塊連接，所述儲能模塊包括隔離開關，熔斷器，鋰離子電容器組，且隔離開關，熔斷器，鋰離子電容器組依次串聯(lián)連接，電阻模塊包括限壓電阻，所述限壓電阻一端與儲能模塊中的鋰離子電容器組連接，另一端通過車輛絕緣柵雙極型晶體管與車輛主母線的正極連接。

進一步地，所述鋰離子電容器組是由鋰離子電容單體經(jīng)過串并聯(lián)構成。

進一步地，所述啟動模塊包括熔斷器，啟動電阻，預充電接觸器和主接觸器，所述啟動電阻與預充電接觸器串聯(lián)后再并聯(lián)在主接觸器兩端。

進一步地，所述變流模塊包括并聯(lián)在車輛主母線兩端的濾波電容，連接于主母線正極的濾波電抗器，該變流模塊還包括兩個及以上數(shù)量的偶數(shù)個的絕緣柵雙極型晶體管，所述絕緣柵雙極型晶體管前一半順次連接在主母線正極與濾波電容之間，后一半順次連接后再一端連接在前一半絕緣柵雙極型晶體管與濾波電容之間，另一端連接主母線負極。所述絕緣柵雙極型晶體管的數(shù)量由系統(tǒng)中的功率決定，當系統(tǒng)功率增大時，可以增加絕緣柵雙極型晶體管的數(shù)量滿足工況需求。其中，描述絕緣柵雙極型晶體管時所用的“前一半”與“后一半”中的前后僅僅是為了區(qū)分其中“一半”與剩余的“另一半”，并非是限定位置的前后。

進一步地，所述變流模塊包括濾波電容，第一絕緣柵雙極型晶體管，第二絕緣柵雙極型晶體管，濾波電抗器，所述濾波電容經(jīng)過啟動模塊后并聯(lián)于車輛主母線兩端，所述第一絕緣柵雙極型晶體管，濾波電抗器順次連接于車輛主母線的正極，所述第二絕緣柵雙極型晶體管一端連接于第一絕緣柵雙極型晶體管和濾波電抗器之間，另一端與車輛主母線負極連接。

進一步地，所述變流模塊包括濾波電容，第一絕緣柵雙極型晶體管，第二絕緣柵雙極型晶體管，濾波電抗器，第三絕緣柵雙極型晶體管，第四絕緣柵雙極型晶體管，飛跨電容，所述濾波電容經(jīng)過啟動模塊后并聯(lián)于車輛主母線兩端，所述第一絕緣柵雙極型晶體管，第二絕緣柵雙極型晶體管，濾波電抗器順次連接于車輛主母線的正極，所述第三絕緣柵雙極型晶體管一端連接于第二絕緣柵雙極型晶體管和濾波電抗器之間，另一端通過第四絕緣柵雙極型晶體管與車輛主母線負極連接，所述飛跨電容一端連接于第一絕緣柵雙極型晶體管和第二絕緣柵雙極型晶體管之間，另一端連接于第三絕緣柵雙極型晶體管和第四絕緣柵雙極型晶體管之間。

進一步地，所述變流模塊至少包含一個，當變流模塊大于一個時，變流模塊之間兩兩相互并聯(lián)連接，將并聯(lián)后的變流模塊作為一個整體連接于啟動模塊和儲能模塊之間。

本實用新型的有益效果：本實用新型基于新型儲能裝置的車載式軌道交通制動能量回饋系統(tǒng)，是基于鋰離子電容器組作為儲能模塊，使其具備吸收儲存能量快，體積小，重量輕等優(yōu)勢，且該系統(tǒng)的電阻模塊能夠消耗經(jīng)儲能模塊存儲之后過剩的制動能量，能夠保證牽引網(wǎng)壓相對穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為實施例1的車載式軌道交通制動能量回饋系統(tǒng)結構示意圖；

圖2為實施例2的車載式軌道交通制動能量回饋系統(tǒng)結構示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例，更具體地闡述本發(fā)明的內容。本發(fā)明的實施并不限于下面的實施例，對本發(fā)明所做的任何形式上的變通或改變都應在本發(fā)明的保護范圍內。

實施例1：

如圖1所示，本實用新型所述的基于新型儲能裝置的車載式軌道交通制動能量回饋系統(tǒng)，包括啟動模塊，變流模塊，儲能模塊以及電阻模塊，啟動模塊連接于車輛主母線的正負極兩端，用于預充電以及連接主回路。啟動模塊包括熔斷器FU1，啟動電阻R1，預充電接觸器KM2和主接觸器KM1，其中啟動電阻R1與預充電接觸器KM2串聯(lián)后再并聯(lián)在主接觸器KM1兩端。變流模塊用于升降壓電流變換，它包括濾波電容C1，第一絕緣柵雙極型晶體管T1，第二絕緣柵雙極型晶體管T2，濾波電抗器L，所述濾波電容C1經(jīng)過啟動模塊后并聯(lián)于車輛主母線兩端，所述第一絕緣柵雙極型晶體管T1，濾波電抗器L順次連接于車輛主母線的正極，所述第二絕緣柵雙極型晶體管T2一端連接于第一絕緣柵雙極型晶體管T1和濾波電抗器L之間，另一端與車輛主母線負極連接。當系統(tǒng)功率增大時，可以增加變流模塊的數(shù)量，多個變流模塊并聯(lián)連接可以滿足系統(tǒng)高功率使用工況。儲能模塊主要用于制動能量的回收及釋放，其經(jīng)變流模塊后與啟動模塊連接，儲能模塊包括隔離開關QS，熔斷器FU2，鋰離子電容器組LIC，鋰離子電容器組LIC是由鋰離子電容單體經(jīng)過串并聯(lián)構成。隔離開關QS，熔斷器FU2，鋰離子電容器組LIC依次串聯(lián)連接；電阻模塊用于消耗經(jīng)儲能模塊后且超過設定電壓時剩余的制動電量，其包括限壓電阻R2，所述限壓電阻R2一端與儲能模塊中的鋰離子電容器組LIC連接，另一端通過車輛絕緣柵雙極型晶體管與車輛主母線的正極連接。該制動能量回收系統(tǒng)的工作模式如下：

首先，軌道交通開始運行時啟動模塊中預充電接觸器KM2閉合，為變流模塊中的濾波電容C1預充電，當預充電8秒左右，主接觸器KM1閉合，預充電接觸器KM2斷開，連通主回路。當軌道交通制動后，制動能量回饋于主母線，制動能量經(jīng)變流模塊變換后降壓，回收的制動能量存儲于鋰離子電容器組。若經(jīng)儲能模塊后還有剩余的制動能量且主母線電壓超過設定值時，電阻模塊中的限壓電阻R2將消耗能量，以保證電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。當軌道交通啟動或加速時，電網(wǎng)電壓降低，鋰離子電容器組釋放電量，通過變流模塊變流升壓，再通過啟動模塊中的主接觸器將電量回饋于主母線中。

實施例2：

實施例2與實施例1的不同之處在于變流模塊結構的差異，而啟動模塊，儲能模塊以及電阻模塊跟實施例1相同，如圖2所示。該實施例中變流模塊包括濾波電容C1，第一絕緣柵雙極型晶體管T1，第二絕緣柵雙極型晶體管T2，濾波電抗器L，第三絕緣柵雙極型晶體管T3，第四絕緣柵雙極型晶體管T4，飛跨電容C2，所述濾波電容C1經(jīng)過啟動模塊后并聯(lián)于車輛主母線兩端，所述第一絕緣柵雙極型晶體管T1，第二絕緣柵雙極型晶體管T2，濾波電抗器L順次連接于車輛主母線的正極，所述第三絕緣柵雙極型晶體管T3一端連接于第二絕緣柵雙極型晶體管T2和濾波電抗器L之間，另一端通過第四絕緣柵雙極型晶體管T4與車輛主母線負極連接，所述飛跨電容C2一端連接于第一絕緣柵雙極型晶體管T1和第二絕緣柵雙極型晶體管T2之間，另一端連接于第三絕緣柵雙極型晶體管T3和第四絕緣柵雙極型晶體管T4之間。

相比于實施例1，實施例2的優(yōu)勢在于：

1.變流模塊中每個功率開關器件所承受的電壓峰值只有實施例1中功率開關器件的一半，從而降低了功率開關管的電壓應力，較好的解決了開關器件耐壓不夠高的問題。

2.在相同的開關頻率及控制方式下，由于拓撲結構的改變以及絕緣柵雙極型晶體管的增加，實施例2較實施例1輸出文波好。

3.實施例2中變流模塊的電感電流最大脈動量僅為實施例1的1/4。如果兩者電感電流脈動的最大值相同，那么實施例2中變流模塊的濾波電感量可減小為實施例1中變流模塊電感量的1/4。