超級電容儲能、濾波及穩(wěn)壓的再生制動城軌供電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供超級電容儲能、濾波及穩(wěn)壓的再生制動城軌供電系統(tǒng)。所述一種超級電容儲能、濾波及穩(wěn)壓的再生制動城軌供電系統(tǒng)包括：包括24脈波整流器、單周期控制系統(tǒng)和帶有超級電容的雙向Buck變換器。24脈波整流器的2個整流變壓器的輸入接供電電網(wǎng)，每個整流變壓器有2個副邊線圈，2個整流變壓器的4個副邊線圈輸出電壓相位依次相差15o；24脈波整流器的輸出接到帶有超級電容的雙向Buck變換器和城軌列車直流供電系統(tǒng)的母線，帶有超級電容的雙向Buck變換器與城軌列車直流供電系統(tǒng)的母線并聯(lián)。單周期控制系統(tǒng)控制帶有超級電容的雙向Buck變換器的開關(guān)管。
【專利說明】超級電容儲能、濾波及穩(wěn)壓的再生制動城軌供電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及城市軌道交通節(jié)能技術(shù)，具體涉及一種超級電容儲能、濾波及穩(wěn)壓的再生制動城軌供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程的加快，我國城市城道交通發(fā)展迅速。城軌列車再生制動可較好地節(jié)約電能，具有節(jié)能減排的重要意義。目前城軌列車再生制動的技術(shù)有:(1)電阻吸收制動，由IGBT作為開關(guān)器件及吸收電阻組成，制動時開通IGBT，使列車制動能量通過吸收電阻將能量消耗掉，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點是耗能，導致周圍環(huán)境溫度上升，需要采取措施保證有足夠的通風量，如安裝相應的通風動力裝置，進一步增加了相應的電能消耗；(2)逆變回饋制動，通過逆變器將列車制動能量回饋到電網(wǎng)，優(yōu)點是節(jié)能，缺點是逆變回饋一般需要采用工頻變壓器，極大地增加了逆變回饋裝置的體積，不利于在城軌交通中的應用；(3)超級電容儲能制動，主要采用IGBT雙向變換器將再生制動能量儲存到超級電容中，待牽引網(wǎng)電壓下降時釋放能量，優(yōu)點是節(jié)能，缺點是必須有較大濾波電容，直流電壓波動大、整流器功率因數(shù)低，影響城軌列車供電質(zhì)量和電網(wǎng)質(zhì)量。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有再生制動能量吸收技術(shù)的不足，提出一種超級電容儲能、濾波及穩(wěn)壓的再生制動城軌供電系統(tǒng)。
[0004]本實用新型采用的技術(shù)方案是:包括24脈波整流器、單周期控制系統(tǒng)和帶有超級電容的雙向Buck變換器；24脈波整流器的輸出接到帶有超級電容的雙向Buck變換器和城軌列車直流供電系統(tǒng)的母線，帶有超級電容的雙向Buck變換器與城軌列車直流供電系統(tǒng)的母線并聯(lián)，單周期控制系統(tǒng)控制帶有超級電容的雙向Buck變換器的開關(guān)管。
[0005]24脈波整流器的2個整流變壓器的輸入接供電電網(wǎng)，每個整流變壓器有2個副邊線圈，2個整流變壓器的4個副邊線圈輸出電壓相位依次相差15° ;24脈波整流器的輸出接到帶有超級電容的雙向Buck變換器和城軌列車直流供電系統(tǒng)的母線。
[0006]帶有超級電容的雙向Buck變換器由第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一二極管、第二二極管、電感L和超級電容C組成。第一二極管、第二二極管分別反并聯(lián)在第一開關(guān)管、第二開關(guān)管上，第一開關(guān)管的發(fā)射極與第二開關(guān)管的集電極相連，電感L兩端分別與第一開關(guān)管的發(fā)射極和超級電容連接，第一開關(guān)管的發(fā)射極連接城軌列車直流供電系統(tǒng)的母線。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果:帶有超級電容的雙向Buck變換器具有有源濾波、穩(wěn)壓和儲能調(diào)節(jié)的功能。與現(xiàn)有城軌列車電阻吸收制動技術(shù)相t匕，具有節(jié)能的優(yōu)勢；與現(xiàn)有城軌列車逆變回饋制動技術(shù)相比，除節(jié)能外，無需笨重的逆變裝置，體積小、成本低；與現(xiàn)有城軌列車超級電容儲能制動技術(shù)相比，除節(jié)能外，無需較大濾波電容，直流電壓穩(wěn)定、整流器功率因數(shù)高，城軌列車供電質(zhì)量和電網(wǎng)質(zhì)量高。【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型的一種超級電容儲能、濾波及穩(wěn)壓的再生制動城軌供電系統(tǒng)圖；
[0009]圖2是圖1所示城軌供電系統(tǒng)中超級電容充電狀態(tài)的導通電路圖；
[0010]圖3是圖1所示城軌供電系統(tǒng)中超級電容放電狀態(tài)的導通電路圖；
[0011]圖4是本實用新型的一種超級電容儲能、濾波及穩(wěn)壓的再生制動城軌供電系統(tǒng)的控制流程圖；
[0012]圖5為圖4所示城軌供電系統(tǒng)控制流程圖中的單周期控制框圖。
【具體實施方式】
[0013]為進一步闡述本實用新型的內(nèi)容和特點，以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方案進行具體說明。但本實用新型的實施不限于此。
[0014]參考圖1，本實用新型的一種超級電容儲能、濾波及穩(wěn)壓的再生制動城軌供電系統(tǒng)，24脈波整流器、單周期控制系統(tǒng)和帶有超級電容的雙向Buck變換器。24脈波整流器的2個整流變壓器的輸入接供電電網(wǎng)，每個整流變壓器有2個副邊線圈，2個整流變壓器的4個副邊線圈輸出電壓相位依次相差15° ;24脈波整流器的輸出接到帶有超級電容的雙向Buck變換器和城軌列車直流供電系統(tǒng)的母線，帶有超級電容的雙向Buck變換器與城軌列車直流供電系統(tǒng)的母線并聯(lián)。帶有超級電容的雙向Buck變換器由第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第一二極管D1、第二二極管D2、電感L和超級電容C組成。第一二極管D1、第二二極管D2分別反并聯(lián)在第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2上，第一開關(guān)管S1的發(fā)射極與第二開關(guān)管S2的集電極相連，電感L兩端分別與第一開關(guān)管SI的發(fā)射極和超級電容C連接，第一開關(guān)管S1的發(fā)射極連接城軌列車直流供電系統(tǒng)的母線。
[0015]當城軌列車制動或輕載時，城軌列車直流供電系統(tǒng)的母線電壓高于750V或1500V,開關(guān)管S1和二極管D2導通，帶有超級電容的雙向Buck變換器工作在降壓狀態(tài)，將城軌列車回饋的能量釋放到超級電容，超級電容充電，如圖2所示；當城軌列車啟動或電網(wǎng)電壓降落時，城軌列車直流供電系統(tǒng)的母線電壓低于750V或1500V,開關(guān)管S2與二極管D1導通，帶有超級電容的雙向Buck變換器工作在升壓狀態(tài)，超級電容儲存的電能，經(jīng)帶有超級電容的雙向Buck變換器供給城軌列車，超級電容放電，如圖3所示。
[0016]圖4是示出本實用新型的一種超級電容儲能、濾波及穩(wěn)壓的再生制動城軌供電系統(tǒng)的控制流程圖。參考圖4，當城軌直流供電系統(tǒng)母線電壓低于750V或1500V，單周期控制系統(tǒng)控制帶有超級電容的雙向Buck變換器工作于升壓狀態(tài)，超級電容放電，城軌直流供電系統(tǒng)母線電壓升高。當城軌直流供電系統(tǒng)母線電壓高于750V或1500V，采樣超級電容電壓，與設(shè)定值相比較，若超級電容電壓小于設(shè)定值，單周期控制控制系統(tǒng)控制帶有超級電容的雙向Buck變換器工作于降壓狀態(tài)，超級電容充電，城軌直流供電系統(tǒng)母線電壓下降；若超級電容電壓大于設(shè)定值，開關(guān)S導通，吸收電阻R接入耗能，城直流供電系統(tǒng)母線電壓下降。采用單周期控制系統(tǒng)控制帶有超級電容的雙向Buck變換器，通過帶有超級電容的雙向Buck變換器的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)超級電容的充放電，穩(wěn)定城軌直流供電系統(tǒng)母線電壓。
[0017]圖5是示出本實用新型的一種超級電容儲能、濾波及穩(wěn)壓的再生制動城軌供電系統(tǒng)的單周期控制框圖。[0018]本實用新型的一種城軌供電系統(tǒng)具有有源濾波功能，即把帶有超級電容的雙向Buck變換器與城軌列車共同等效為純電阻，用等效電阻Re來模擬，則控制目標表示為式
(I)。在準靜態(tài)狀態(tài)下，帶有超級電容的雙向Buck變換器輸入輸出關(guān)系滿足式(2)。把式
(I)代入式(2)，等式兩邊同乘電流i的采樣比Rs，得到式(3)。在每個開關(guān)周期Ts內(nèi)，認為
1、u。近似不變，對式(3)兩邊同時在I個開關(guān)周期內(nèi)積分，得式(4)。在每個開關(guān)周期內(nèi)，如果滿足式(4)，則控制目標式(I)得到滿足。式(4)用單周控制理論來實現(xiàn)，其控制框圖參考圖5。.Mn
[0019]式 I
【權(quán)利要求】
1.超級電容儲能、濾波及穩(wěn)壓的再生制動城軌供電系統(tǒng)，其特征在于:包括24脈波整流器、單周期控制系統(tǒng)和帶有超級電容的雙向Buck變換器；24脈波整流器的輸出接到帶有超級電容的雙向Buck變換器和城軌列車直流供電系統(tǒng)的母線，帶有超級電容的雙向Buck變換器與城軌列車直流供電系統(tǒng)的母線并聯(lián)，單周期控制系統(tǒng)控制帶有超級電容的雙向Buck變換器的開關(guān)管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容儲能、濾波及穩(wěn)壓的再生制動城軌供電系統(tǒng)，其特征在于:24脈波整流器的2個整流變壓器的輸入接供電電網(wǎng)，每個整流變壓器有2個副邊線圈，2個整流變壓器的4個副邊線圈輸出電壓相位依次相差15° ；24脈波整流器的輸出接到帶有超級電容的雙向Buck變換器和城軌列車直流供電系統(tǒng)的母線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容儲能、濾波及穩(wěn)壓的再生制動城軌供電系統(tǒng)，其特征在于:帶有超級電容的雙向Buck變換器由第一開關(guān)管(S1X第二開關(guān)管(S2)、第一二極管(D1X第二二極管(D2)、電感L和超級電容C組成；第一二極管(D1X第二二極管(D2)分別反并聯(lián)在第一開關(guān)管(S1X第二開關(guān)管(S2)上，第一開關(guān)管(S1)的發(fā)射極與第二開關(guān)管(S2)的集電極相連，電感L兩端分別與第一開關(guān)管(S1)的發(fā)射極和超級電容C連接，第一開關(guān)管(S1)的發(fā)射極連接城軌列車直流供電系統(tǒng)的母線。
【文檔編號】H02M3/10GK203589823SQ201320713030
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】張波, 付堅, 丘東元, 肖文勛 申請人:華南理工大學