專利名稱：車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法
技術領域：
本發明涉及車輛再生制動能量的吸收方法，更具體的說涉及一種車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法。
背景技術：
一般城市軌道交通車輛上設置了再生制動、電阻制動和空氣制動。車輛制動時，首先采用再生制動方式，將機械能轉換為電能返回到牽引網系統，如果這時沒有其他車輛吸收再生制動發出的電能，車輛只能采用電阻制動的方式，將車輛再生的動能通過電阻轉化為熱能。車站環控專業通過隧道活塞風、車站軌頂排風和車站軌底排風，將車輛電阻制動的熱量排出車站外。這種制動方式在地鐵車輛上設置了制動電阻。車載制動電阻使車輛的結構復雜，自重增加。車載制動電阻自重大，在車輛啟動時需要消耗電能，在車輛電阻制動時，也需要將其本身的動能轉化為熱能排出。為了提高運營安全，解決車載電阻帶來的上述問題，目前地鐵、輕軌建設，車體上不再設置制動電阻，而采用地面制動電阻、地面逆變吸收等再生制動能量吸收方式，將設備設置在牽引變電所內，制動產生的再生電能首先通過相鄰車輛吸收利用，再生能量利用不完時，通過牽引變電所設置的再生能量吸收裝置來吸收再生制動產生的多余能量。這種設置方式取得了良好的效果，減輕了車輛軸重，增加了載客量，同時減少了隧道通風量。但無論制動電阻放在車體還是變電所內，其結果都是動能轉化為電能，再經過電阻發熱逸散掉，這與節能、環保的時代主題是相悖的，對于軌道交通運營部門也是極為不經濟的一種處理方式。而逆變能量吸收方式，就是將電能回收，為其他用電負荷所用，盡管此方式節能效果明顯，但其諧波大、功率因數低及損耗大。世界各軌道交通發達的國家，都在積極探討制動能量的利用模式，國內已完成將制動能量逆變回饋至車站AC400V電網，供常規負荷使用，而在逆變容量不足時，利用電阻消耗裝置作補充的方式。也在開發逆變至中壓環網的地面吸收設備。由于電容儲能設備具有充放電速度快，無損耗轉換，對電網無諧波影響，功率因數高等優點，但由于純電容吸收技術占用設備空間大、電容使用壽命短等。為此，如何合理配置電容儲能吸收功率和利用逆變回饋吸收給予補充是亟待解決的問題。
發明內容
有鑒于此，本發明提供一種車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法，既節能又環保、既減少轉換損耗又提高電能質量，且能保證直流系統供電電壓的相對穩定。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為一種車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法，包括通過傳感器采集供電網的第一交流電壓和第一直流電壓；將所述第一交流電壓與基準電壓綜合，確定設備投入的第一判斷電壓和第二判斷電壓；
將所述第一直流電壓與所述第一判斷電壓進行比較，當所述直流電壓大于所述第一判斷電壓時，投入電容儲能吸收單元吸收能量；通過傳感器采集經過電容儲能單元吸收后的供電網的第二直流電壓；將所述第二直流電壓與所述第二判斷電壓進行比較，當所述第二直流電壓大于所述第二判斷電壓時，投入逆變回饋吸收單元吸收能量。優選地，所述將所述第一直流電壓與所述第一判斷電壓進行比較，當所述直流電壓大于所述第一判斷電壓時，投入電容儲能吸收單元吸收能量具體為所述電容儲能單元由DC/DC變換器、超級電容和輔助放電回路構成，根據吸收能量的大小，通過DC/DC變換器調節，實現對電容儲能。優選地，所述將所述第二直流電壓與所述第二判斷電壓進行比較，當所述第二直流電壓大于所述第二判斷電壓時，投入逆變回饋吸收單元吸收能量具體為所述逆變回饋吸收單元由逆變模塊、交流濾波、交流接觸器及隔離變壓器構成，通過SPWM調制，實現將再生電能回饋至400V或中壓環網系統。優選地，所述方法還包括通過傳感器采集經過電容儲能單元和逆變回饋吸收單元吸收后的供電網的第三直流電壓；將所述第三直流電壓與所述基準電壓進行比較，當所述第三直流電壓低于所述基準電壓時，所述電容儲能吸收單元向電網釋放電能。優選地，所述電容儲能吸收單元向電網釋放電能具體為調節所述DC/DC變換器，電容儲能吸收單元向電網釋放電能。從上述的技術方案可以看出，本發明公開的一種車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法，在在再生制動工況下，能夠以保證直流系統供電電壓的相對穩定為核心，合理控制電容及逆變的吸收能量，提供一種既節能又環保、既減少轉換損耗又提高電能質量的混合型再生制動吸收方法。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明公開的一種車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法流程圖；圖2為本發明公開的另一種車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法流程圖；圖3為本發明公開的主電路電路圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
本發明實施例公開了一種車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法，既節能又環保、既減少轉換損耗又提高電能質量，且能保證直流系統供電電壓的相對穩定。如圖I所示,一種車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法,包括S101、通過傳感器采集供電網的第一交流電壓和第一直流電壓；S102、將所述第一交流電壓與基準電壓綜合，確定設備投入的第一判斷電壓和第二判斷電壓；S103、將所述第一直流電壓與所述第一判斷電壓進行比較，當所述直流電壓大于所述第一判斷電壓時，投入電容儲能吸收單元吸收能量；S104、通過傳感器采集經過電容儲能單元吸收后的供電網的第二直流電壓；S105、將所述第二直流電壓與所述第二判斷電壓進行比較，當所述第二直流電壓大于所述第二判斷電壓時，投入逆變回饋吸收單元吸收能量。具體的，如圖3所示為實施本發明方法的主電路拓撲圖，由開關濾波單元、電容儲能吸收單元、逆變回饋吸收單元三部分組成。開關濾波單元主要執行設備的投入與退出、直流濾波減少諧波分量；電容儲能吸收單元由DC/DC變換器、超級電容、輔助放電回路構成。根據吸收能量的大小，通過DC/DC變換器調節，實現對電容儲能；逆變回饋吸收單元由多逆變模塊、交流濾波、交流接觸器及隔離變壓器構成。當電容儲能吸收不能完全將車輛再生能量吸收時，逆變回饋吸收投入，通過SPWM調制，實現將再生電能回饋至400V或中壓環網系統。具體的，用傳感器采集供電網的交流、直流電壓；系統設置了兩級投入基準電壓信號，將采集的交流電壓信號與系統設置的基準電壓綜合后作為設備投入的判斷電壓，然后與檢測到的直流電壓信號進行比較；當直流電壓傳感器檢測到的電壓信號大于第一投入判斷電壓時，說明在線車輛處于再生制動狀態，設備將電容儲能吸收單元投入，能量吸收的多少將依據直流電壓狀況，通過DC/DC變換器調節。如果電容儲能吸收達到最大值，直流電網電壓仍在一步抬高，當直流電壓傳感器檢測到的電壓信號大于第二投入判斷電壓時，逆變吸收單元投入，將再生制動的多余能量通過逆變成交流電壓回饋至交流電網。作為單一的電容或逆變吸收控制，其技術比較好處理。但是作為混合吸收，電容儲能吸收是直-直變換系統，而逆變回饋吸收是直-交變換系統，要求兩個不同控制方式之間不能出現相互干擾，不能影響交直流電網的穩定，本匹配控制方法如下當直流電壓信號大于第一投入判斷電壓時，電容儲能吸收單元投入。系統根據車輛再生能量的大小，通過DC/DC變換器進行定頻調寬的方式調節儲能能量，直至調節到最大，此后，系統維持最大調節寬度不變。由于系統維持了電容吸收的最大調節寬度不變，如果此時車輛再生能量還在增大，必將引起直流電網電壓的進一步抬高，當直流電壓信號大于第二投入判斷電壓時，逆變吸收單元投入。系統根據車輛再生能量的大小，通過DC/AC逆變器進行SPWM方式調節逆變能量，回饋至交流電網。防止再生能量變化時造成對交-直流電網的沖擊，逆變投入后，其吸收能量的大小依據電網電壓的變化進行調節，但退出的判斷電壓將低于逆變投入時的判斷電壓」U，以防止逆變頻繁投入，保證交-直流電網的穩定。
為了防止相互干擾，本發明引入電壓平均值判斷投入概念。即兩套吸收方式同時投入后，由于調制的原因，可能造成電網電壓波動，為此，采取對電網電壓的n次采集并取其平均值作為系統的調制值，可以避免兩套吸收方式的反復投入和退出，確保其配合調節，防止相互干擾。電容儲能吸收是一種無損耗吸收方式，但是由于地鐵和輕軌再生制動時的短時能量比較大，如果只是依靠電容吸收，將使得設備體積龐大、造價昂貴；同時考慮電容的使用條件和壽命，在大容量吸收的條件下，采用單一的電容吸收是不合理的，為此，本發明中采用了電容-逆變混合吸收方式。考慮到合理的造價和設備體積，考慮到電容的充放電次數、充放電深度對電容使用壽命的影響，合理選擇功率很重要。為此我們選擇電容的吸收容量為正常運營中的80%車輛再生制動能量，20%及少量出現的大再生制動能量則依靠逆變回饋吸收。本發明還公開了一種車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法，如圖2所示，包括S201、通過傳感器采集供電網的第一交流電壓和第一直流電壓；S202、將所述第一交流電壓與基準電壓綜合，確定設備投入的第一判斷電壓和第二判斷電壓；S203、將所述第一直流電壓與所述第一判斷電壓進行比較，當所述直流電壓大于所述第一判斷電壓時，投入電容儲能吸收單元吸收能量；S204、通過傳感器采集經過電容儲能單元吸收后的供電網的第二直流電壓；S205、將所述第二直流電壓與所述第二判斷電壓進行比較，當所述第二直流電壓大于所述第二判斷電壓時，投入逆變回饋吸收單元吸收能量；S206、通過傳感器采集經過電容儲能單元和逆變回饋吸收單元吸收后的供電網的
第三直流電壓；S207、將所述第三直流電壓與所述基準電壓進行比較，當所述第三直流電壓低于所述基準電壓時，所述電容儲能吸收單元向電網釋放電能。具體的，在上述實施例的基礎上，車輛再生制動結束后，吸收設備停止工作，此時儲能電容中儲存了一定的電能。一旦車輛轉為牽引啟動加速時，直流電網電壓低于其空載電壓值，設備系統檢測到該電壓后，調節DC/DC變換器，使其處于升壓調制狀態，將電容中儲存的電能釋放到直流電網，直到調節脈寬達到預定設置值，表示電容中儲存的能量釋放到了最低允許值，系統停止工作。具體的，由直流電網電壓檢測傳感器檢測直流電壓，將檢測到的直流電壓與系統設置基準值進行比較，當直流電壓低于基準值時，系統啟動DC/DC變換器進行調節，電容儲存的電能對電網釋放。當DC/DC變換器脈寬調節到預定設置值后，系統判斷為電容中的能量已釋放到了極限，設備停止工作，系統處于等待下一次吸收狀態。本發明采用車輛再生制動地面電容-逆變混合吸收方式，將再生能量依靠電容儲能方法最大限度地吸收，在車輛轉為啟動加速工況時，電容上存儲的能量迅速回饋到直流電網。正是由于電容的“高吸低回”作用，大大的改善車輛制動和啟動工況下對電網的沖擊。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.一種車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法，其特征在于，包括 通過傳感器采集供電網的第一交流電壓和第一直流電壓； 將所述第一交流電壓與基準電壓綜合，確定設備投入的第一判斷電壓和第二判斷電壓； 將所述第一直流電壓與所述第一判斷電壓進行比較，當所述直流電壓大于所述第一判斷電壓時，投入電容儲能吸收單元吸收能量； 通過傳感器采集經過電容儲能單元吸收后的供電網的第二直流電壓； 將所述第二直流電壓與所述第二判斷電壓進行比較，當所述第二直流電壓大于所述第二判斷電壓時，投入逆變回饋吸收單元吸收能量。
2.根據權利要求I所述的車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法，其特征在于，所述將所述第一直流電壓與所述第一判斷電壓進行比較，當所述直流電壓大于所述第一判斷電壓時，投入電容儲能吸收單元吸收能量具體為 所述電容儲能單元由DC/DC變換器、超級電容和輔助放電回路構成，根據吸收能量的大小，通過DC/DC變換器調節，實現對電容儲能。
3.根據權利要求2所述的車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法，其特征在于，所述將所述第二直流電壓與所述第二判斷電壓進行比較，當所述第二直流電壓大于所述第二判斷電壓時，投入逆變回饋吸收單元吸收能量具體為 所述逆變回饋吸收單元由逆變模塊、交流濾波、交流接觸器及隔離變壓器構成，通過SPWM調制，實現將再生電能回饋至400V或中壓環網系統。
4.根據權利要求I所述的車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法，其特征在于，還包括 通過傳感器采集經過電容儲能單元和逆變回饋吸收單元吸收后的供電網的第三直流電壓； 將所述第三直流電壓與所述基準電壓進行比較，當所述第三直流電壓低于所述基準電壓時，所述電容儲能吸收單元向電網釋放電能。
5.根據權利要求4所述的車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法，其特征在于，所述電容儲能吸收單元向電網釋放電能具體為 調節所述DC/DC變換器，電容儲能吸收單元向電網釋放電能。
全文摘要
本發明公開了一種車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法，包括通過傳感器采集供電網的第一交流電壓和第一直流電壓；將第一交流電壓與基準電壓綜合，確定設備投入的第一判斷電壓和第二判斷電壓；將第一直流電壓與第一判斷電壓進行比較，當直流電壓大于第一判斷電壓時，投入電容儲能吸收單元吸收能量；通過傳感器采集經過電容儲能單元吸收后的供電網的第二直流電壓；將第二直流電壓與第二判斷電壓進行比較，當第二直流電壓大于第二判斷電壓時，投入逆變回饋吸收單元吸收能量。本發明既節能又環保、既減少轉換損耗又提高電能質量，且能保證直流系統供電電壓的相對穩定。
文檔編號H02J3/38GK102983634SQ20121057921
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者李根良, 馬持躍 申請人:湖南恒信電氣有限公司