本實(shí)用新型屬于制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種節(jié)能減排的車載式軌道交通制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

城市軌道交通的制動(dòng)一般為電制動(dòng)(即再生制動(dòng)、電阻制動(dòng))和空氣制動(dòng)兩級(jí),再生制動(dòng)時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)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(shè)備利用外，其余被供電網(wǎng)上其他車輛或電氣設(shè)備吸收利用。軌道交通供電系統(tǒng)整流設(shè)備具有不可逆性，當(dāng)線路上沒有足夠的負(fù)載吸收再生電能時(shí)，過剩的再生電能會(huì)抬升供電網(wǎng)電壓，當(dāng)其超過安全電壓后，會(huì)引起再生制動(dòng)失效。對(duì)這部分再生電能，國內(nèi)大部分軌道交通系統(tǒng)使用車載設(shè)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(dòng)電阻體積大，且其熱耗散會(huì)引起隧道溫升，采用該方法需要專門的電阻器設(shè)置場所及通風(fēng)散熱設(shè)備,增加運(yùn)行費(fèi)用的同時(shí)造成了能量的浪費(fèi)，降低了能量利用率。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，列車再生制動(dòng)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(dòng)能量能夠得到利用。

車載儲(chǔ)能系統(tǒng)以其良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)型,受到國內(nèi)外專家、研究學(xué)者的青睞。通過將車載儲(chǔ)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(dòng)的順利進(jìn)行，同時(shí)可有效地改善直流網(wǎng)壓的相對(duì)穩(wěn)定性。然而現(xiàn)有技術(shù)中，以超級(jí)電容器作為儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)能系統(tǒng)存在缺陷。超級(jí)電容器的能量密度低，體積大，儲(chǔ)能裝置的整體重量重，對(duì)于車載式軌道交通而言，增加了其運(yùn)行負(fù)擔(dān)，更不能滿足地鐵車輛的平衡要求。此外，由于車載儲(chǔ)能裝置的存儲(chǔ)容量有限，對(duì)于超過其額定容量的制動(dòng)能量如果沒有及時(shí)處理，過剩的制動(dòng)回饋能量仍然會(huì)造成牽引網(wǎng)壓波動(dòng)，因此穩(wěn)定性相對(duì)較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案：一種基于新型儲(chǔ)能裝置的車載式軌道交通制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括啟動(dòng)模塊，變流模塊，儲(chǔ)能模塊以及電阻模塊，所述啟動(dòng)模塊連接于車輛主母線的正負(fù)極兩端，儲(chǔ)能模塊經(jīng)變流模塊后與啟動(dòng)模塊連接，所述儲(chǔ)能模塊包括隔離開關(guān)，熔斷器，鋰離子電容器組，且隔離開關(guān)，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(chǔ)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(jìn)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(gòu)成。

進(jìn)一步地，所述啟動(dòng)模塊包括熔斷器，啟動(dòng)電阻，預(yù)充電接觸器和主接觸器，所述啟動(dòng)電阻與預(yù)充電接觸器串聯(lián)后再并聯(lián)在主接觸器兩端。

進(jìn)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(gè)及以上數(shù)量的偶數(shù)個(gè)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(fù)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(dāng)系統(tǒng)功率增大時(shí)，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(shí)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(jìn)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(dòng)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(fù)極連接。

進(jìn)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(dòng)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(fù)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(jìn)一步地，所述變流模塊至少包含一個(gè)，當(dāng)變流模塊大于一個(gè)時(shí)，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(gè)整體連接于啟動(dòng)模塊和儲(chǔ)能模塊之間。

本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型基于新型儲(chǔ)能裝置的車載式軌道交通制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)，是基于鋰離子電容器組作為儲(chǔ)能模塊，使其具備吸收儲(chǔ)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(chǔ)能模塊存儲(chǔ)之后過剩的制動(dòng)能量，能夠保證牽引網(wǎng)壓相對(duì)穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1的車載式軌道交通制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例2的車載式軌道交通制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例，更具體地闡述本發(fā)明的內(nèi)容。本發(fā)明的實(shí)施并不限于下面的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明所做的任何形式上的變通或改變都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

實(shí)施例1：

如圖1所示，本實(shí)用新型所述的基于新型儲(chǔ)能裝置的車載式軌道交通制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)，包括啟動(dòng)模塊，變流模塊，儲(chǔ)能模塊以及電阻模塊，啟動(dòng)模塊連接于車輛主母線的正負(fù)極兩端，用于預(yù)充電以及連接主回路。啟動(dòng)模塊包括熔斷器FU1，啟動(dòng)電阻R1，預(yù)充電接觸器KM2和主接觸器KM1，其中啟動(dòng)電阻R1與預(yù)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(dòng)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(fù)極連接。當(dāng)系統(tǒng)功率增大時(shí)，可以增加變流模塊的數(shù)量，多個(gè)變流模塊并聯(lián)連接可以滿足系統(tǒng)高功率使用工況。儲(chǔ)能模塊主要用于制動(dòng)能量的回收及釋放，其經(jīng)變流模塊后與啟動(dòng)模塊連接，儲(chǔ)能模塊包括隔離開關(guān)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(gòu)成。隔離開關(guān)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(chǔ)能模塊后且超過設(shè)定電壓時(shí)剩余的制動(dòng)電量，其包括限壓電阻R2，所述限壓電阻R2一端與儲(chǔ)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(dòng)能量回收系統(tǒng)的工作模式如下：

首先，軌道交通開始運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)模塊中預(yù)充電接觸器KM2閉合，為變流模塊中的濾波電容C1預(yù)充電，當(dāng)預(yù)充電8秒左右，主接觸器KM1閉合，預(yù)充電接觸器KM2斷開，連通主回路。當(dāng)軌道交通制動(dòng)后，制動(dòng)能量回饋于主母線，制動(dòng)能量經(jīng)變流模塊變換后降壓，回收的制動(dòng)能量存儲(chǔ)于鋰離子電容器組。若經(jīng)儲(chǔ)能模塊后還有剩余的制動(dòng)能量且主母線電壓超過設(shè)定值時(shí)，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(dāng)軌道交通啟動(dòng)或加速時(shí)，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(dòng)模塊中的主接觸器將電量回饋于主母線中。

實(shí)施例2：

實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同之處在于變流模塊結(jié)構(gòu)的差異，而啟動(dòng)模塊，儲(chǔ)能模塊以及電阻模塊跟實(shí)施例1相同，如圖2所示。該實(shí)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(dòng)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(fù)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(shí)施例1，實(shí)施例2的優(yōu)勢在于：

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

2.在相同的開關(guān)頻率及控制方式下，由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變以及絕緣柵雙極型晶體管的增加，實(shí)施例2較實(shí)施例1輸出文波好。

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