專利名稱：車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
一般城市軌道交通車輛上設(shè)置了再生制動、電阻制動和空氣制動。車輛制動時(shí)，首先采用再生制動方式，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能返回到牽引網(wǎng)系統(tǒng)，如果這時(shí)沒有其他車輛吸收再生制動發(fā)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(zhuǎn)化為熱能。車站環(huán)控專業(yè)通過隧道活塞風(fēng)、車站軌頂排風(fēng)和車站軌底排風(fēng)，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(shè)置了制動電阻。車載制動電阻使車輛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自重增加。車載制動電阻自重大，在車輛啟動時(shí)需要消耗電能，在車輛電阻制動時(shí)，也需要將其本身的動能轉(zhuǎn)化為熱能排出。為了提高運(yùn)營安全，解決車載電阻帶來的上述問題，目前地鐵、輕軌建設(shè)，車體上不再設(shè)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(shè)備設(shè)置在牽引變電所內(nèi)，制動產(chǎn)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(shí)，通過牽引變電所設(shè)置的再生能量吸收裝置來吸收再生制動產(chǎn)生的多余能量。這種設(shè)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(shí)減少了隧道通風(fēng)量。但無論制動電阻放在車體還是變電所內(nèi)，其結(jié)果都是動能轉(zhuǎn)化為電能，再經(jīng)過電阻發(fā)熱逸散掉，這與節(jié)能、環(huán)保的時(shí)代主題是相悖的，對于軌道交通運(yùn)營部門也是極為不經(jīng)濟(jì)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(fù)荷所用，盡管此方式節(jié)能效果明顯，但其諧波大、功率因數(shù)低及損耗大。世界各軌道交通發(fā)達(dá)的國家，都在積極探討制動能量的利用模式，國內(nèi)已完成將制動能量逆變回饋至車站AC400V電網(wǎng)，供常規(guī)負(fù)荷使用，而在逆變?nèi)萘坎蛔銜r(shí)，利用電阻消耗裝置作補(bǔ)充的方式。也在開發(fā)逆變至中壓環(huán)網(wǎng)的地面吸收設(shè)備。由于電容儲能設(shè)備具有充放電速度快，無損耗轉(zhuǎn)換，對電網(wǎng)無諧波影響，功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，但由于純電容吸收技術(shù)占用設(shè)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(bǔ)充是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種車輛再生制動能量電容-逆變吸收方法，既節(jié)能又環(huán)保、既減少轉(zhuǎn)換損耗又提高電能質(zhì)量，且能保證直流系統(tǒng)供電電壓的相對穩(wěn)定。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)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(wǎng)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(zhǔn)電壓綜合，確定設(shè)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(jìn)行比較，當(dāng)所述直流電壓大于所述第一判斷電壓時(shí)，投入電容儲能吸收單元吸收能量；通過傳感器采集經(jīng)過電容儲能單元吸收后的供電網(wǎng)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(jìn)行比較，當(dāng)所述第二直流電壓大于所述第二判斷電壓時(shí)，投入逆變回饋吸收單元吸收能量。優(yōu)選地，所述將所述第一直流電壓與所述第一判斷電壓進(jìn)行比較，當(dāng)所述直流電壓大于所述第一判斷電壓時(shí)，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(gòu)成，根據(jù)吸收能量的大小，通過DC/DC變換器調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對電容儲能。優(yōu)選地，所述將所述第二直流電壓與所述第二判斷電壓進(jìn)行比較，當(dāng)所述第二直流電壓大于所述第二判斷電壓時(shí)，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(gòu)成，通過SPWM調(diào)制，實(shí)現(xiàn)將再生電能回饋至400V或中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述方法還包括通過傳感器采集經(jīng)過電容儲能單元和逆變回饋吸收單元吸收后的供電網(wǎng)的第三直流電壓；將所述第三直流電壓與所述基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)所述第三直流電壓低于所述基準(zhǔn)電壓時(shí)，所述電容儲能吸收單元向電網(wǎng)釋放電能。優(yōu)選地，所述電容儲能吸收單元向電網(wǎng)釋放電能具體為調(diào)節(jié)所述DC/DC變換器，電容儲能吸收單元向電網(wǎng)釋放電能。從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)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(tǒng)供電電壓的相對穩(wěn)定為核心，合理控制電容及逆變的吸收能量，提供一種既節(jié)能又環(huán)保、既減少轉(zhuǎn)換損耗又提高電能質(zhì)量的混合型再生制動吸收方法。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)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(fā)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(fā)明公開的主電路電路圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
本發(fā)明實(shí)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(jié)能又環(huán)保、既減少轉(zhuǎn)換損耗又提高電能質(zhì)量，且能保證直流系統(tǒng)供電電壓的相對穩(wěn)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(wǎng)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(zhǔn)電壓綜合，確定設(shè)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(jìn)行比較，當(dāng)所述直流電壓大于所述第一判斷電壓時(shí)，投入電容儲能吸收單元吸收能量；S104、通過傳感器采集經(jīng)過電容儲能單元吸收后的供電網(wǎng)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(jìn)行比較，當(dāng)所述第二直流電壓大于所述第二判斷電壓時(shí)，投入逆變回饋吸收單元吸收能量。具體的，如圖3所示為實(shí)施本發(fā)明方法的主電路拓?fù)鋱D，由開關(guān)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(guān)濾波單元主要執(zhí)行設(shè)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(gòu)成。根據(jù)吸收能量的大小，通過DC/DC變換器調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)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(gòu)成。當(dāng)電容儲能吸收不能完全將車輛再生能量吸收時(shí)，逆變回饋吸收投入，通過SPWM調(diào)制，實(shí)現(xiàn)將再生電能回饋至400V或中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)。具體的，用傳感器采集供電網(wǎng)的交流、直流電壓；系統(tǒng)設(shè)置了兩級投入基準(zhǔn)電壓信號，將采集的交流電壓信號與系統(tǒng)設(shè)置的基準(zhǔn)電壓綜合后作為設(shè)備投入的判斷電壓，然后與檢測到的直流電壓信號進(jìn)行比較；當(dāng)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(shí)，說明在線車輛處于再生制動狀態(tài)，設(shè)備將電容儲能吸收單元投入，能量吸收的多少將依據(jù)直流電壓狀況，通過DC/DC變換器調(diào)節(jié)。如果電容儲能吸收達(dá)到最大值，直流電網(wǎng)電壓仍在一步抬高，當(dāng)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(shí)，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(wǎng)。作為單一的電容或逆變吸收控制，其技術(shù)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(tǒng)，而逆變回饋吸收是直-交變換系統(tǒng)，要求兩個(gè)不同控制方式之間不能出現(xiàn)相互干擾，不能影響交直流電網(wǎng)的穩(wěn)定，本匹配控制方法如下當(dāng)直流電壓信號大于第一投入判斷電壓時(shí)，電容儲能吸收單元投入。系統(tǒng)根據(jù)車輛再生能量的大小，通過DC/DC變換器進(jìn)行定頻調(diào)寬的方式調(diào)節(jié)儲能能量，直至調(diào)節(jié)到最大，此后，系統(tǒng)維持最大調(diào)節(jié)寬度不變。由于系統(tǒng)維持了電容吸收的最大調(diào)節(jié)寬度不變，如果此時(shí)車輛再生能量還在增大，必將引起直流電網(wǎng)電壓的進(jìn)一步抬高，當(dāng)直流電壓信號大于第二投入判斷電壓時(shí)，逆變吸收單元投入。系統(tǒng)根據(jù)車輛再生能量的大小，通過DC/AC逆變器進(jìn)行SPWM方式調(diào)節(jié)逆變能量，回饋至交流電網(wǎng)。防止再生能量變化時(shí)造成對交-直流電網(wǎng)的沖擊，逆變投入后，其吸收能量的大小依據(jù)電網(wǎng)電壓的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，但退出的判斷電壓將低于逆變投入時(shí)的判斷電壓」U，以防止逆變頻繁投入，保證交-直流電網(wǎng)的穩(wěn)定。
為了防止相互干擾，本發(fā)明引入電壓平均值判斷投入概念。即兩套吸收方式同時(shí)投入后，由于調(diào)制的原因，可能造成電網(wǎng)電壓波動，為此，采取對電網(wǎng)電壓的n次采集并取其平均值作為系統(tǒng)的調(diào)制值，可以避免兩套吸收方式的反復(fù)投入和退出，確保其配合調(diào)節(jié)，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(shí)的短時(shí)能量比較大，如果只是依靠電容吸收，將使得設(shè)備體積龐大、造價(jià)昂貴；同時(shí)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(fā)明中采用了電容-逆變混合吸收方式。考慮到合理的造價(jià)和設(shè)備體積，考慮到電容的充放電次數(shù)、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(yùn)營中的80%車輛再生制動能量，20%及少量出現(xiàn)的大再生制動能量則依靠逆變回饋吸收。本發(fā)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(wǎng)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(zhǔn)電壓綜合，確定設(shè)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(jìn)行比較，當(dāng)所述直流電壓大于所述第一判斷電壓時(shí)，投入電容儲能吸收單元吸收能量；S204、通過傳感器采集經(jīng)過電容儲能單元吸收后的供電網(wǎng)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(jìn)行比較，當(dāng)所述第二直流電壓大于所述第二判斷電壓時(shí)，投入逆變回饋吸收單元吸收能量；S206、通過傳感器采集經(jīng)過電容儲能單元和逆變回饋吸收單元吸收后的供電網(wǎng)的
第三直流電壓；S207、將所述第三直流電壓與所述基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)所述第三直流電壓低于所述基準(zhǔn)電壓時(shí)，所述電容儲能吸收單元向電網(wǎng)釋放電能。具體的，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，車輛再生制動結(jié)束后，吸收設(shè)備停止工作，此時(shí)儲能電容中儲存了一定的電能。一旦車輛轉(zhuǎn)為牽引啟動加速時(shí)，直流電網(wǎng)電壓低于其空載電壓值，設(shè)備系統(tǒng)檢測到該電壓后，調(diào)節(jié)DC/DC變換器，使其處于升壓調(diào)制狀態(tài)，將電容中儲存的電能釋放到直流電網(wǎng)，直到調(diào)節(jié)脈寬達(dá)到預(yù)定設(shè)置值，表示電容中儲存的能量釋放到了最低允許值，系統(tǒng)停止工作。具體的，由直流電網(wǎng)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(tǒng)設(shè)置基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，當(dāng)直流電壓低于基準(zhǔn)值時(shí)，系統(tǒng)啟動DC/DC變換器進(jìn)行調(diào)節(jié)，電容儲存的電能對電網(wǎng)釋放。當(dāng)DC/DC變換器脈寬調(diào)節(jié)到預(yù)定設(shè)置值后，系統(tǒng)判斷為電容中的能量已釋放到了極限，設(shè)備停止工作，系統(tǒng)處于等待下一次吸收狀態(tài)。本發(fā)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(zhuǎn)為啟動加速工況時(shí)，電容上存儲的能量迅速回饋到直流電網(wǎng)。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(wǎng)的沖擊。對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)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(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)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(wǎng)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(zhǔn)電壓綜合，確定設(shè)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(jìn)行比較，當(dāng)所述直流電壓大于所述第一判斷電壓時(shí)，投入電容儲能吸收單元吸收能量； 通過傳感器采集經(jīng)過電容儲能單元吸收后的供電網(wǎng)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(jìn)行比較，當(dāng)所述第二直流電壓大于所述第二判斷電壓時(shí)，投入逆變回饋吸收單元吸收能量。
2.根據(jù)權(quán)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(jìn)行比較，當(dāng)所述直流電壓大于所述第一判斷電壓時(shí)，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(gòu)成，根據(jù)吸收能量的大小，通過DC/DC變換器調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對電容儲能。
3.根據(jù)權(quán)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(jìn)行比較，當(dāng)所述第二直流電壓大于所述第二判斷電壓時(shí)，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(gòu)成，通過SPWM調(diào)制，實(shí)現(xiàn)將再生電能回饋至400V或中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)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(jīng)過電容儲能單元和逆變回饋吸收單元吸收后的供電網(wǎng)的第三直流電壓； 將所述第三直流電壓與所述基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)所述第三直流電壓低于所述基準(zhǔn)電壓時(shí)，所述電容儲能吸收單元向電網(wǎng)釋放電能。
5.根據(jù)權(quán)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(wǎng)釋放電能具體為 調(diào)節(jié)所述DC/DC變換器，電容儲能吸收單元向電網(wǎng)釋放電能。
全文摘要
本發(fā)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(wǎng)的第一交流電壓和第一直流電壓；將第一交流電壓與基準(zhǔn)電壓綜合，確定設(shè)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(jìn)行比較，當(dāng)直流電壓大于第一判斷電壓時(shí)，投入電容儲能吸收單元吸收能量；通過傳感器采集經(jīng)過電容儲能單元吸收后的供電網(wǎng)的第二直流電壓；將第二直流電壓與第二判斷電壓進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)诙绷麟妷捍笥诘诙袛嚯妷簳r(shí)，投入逆變回饋吸收單元吸收能量。本發(fā)明既節(jié)能又環(huán)保、既減少轉(zhuǎn)換損耗又提高電能質(zhì)量，且能保證直流系統(tǒng)供電電壓的相對穩(wěn)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(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者李根良, 馬持躍 申請人:湖南恒信電氣有限公司