[发明专利]地铁供电系统的多目标综合控制节能方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多目标综合控制节能方法，是一种运用到地铁供电系统的节能方法。属于电力电子与电力传动技术领域。

背景技术

作为用电大户的城市轨道交通网络，可采用的有直流/直流斩波、直流/交流变压变频传动方式，这两种方式都可把制动能量反馈到直流电网。若此时直流电网供电区间有列车启动或加速需要能量时，这部分反馈能量就能够被利用。但是当制动能量不能或不能完全被其他列车吸收时，则会造成直流母线电压升高超过容限值，影响系统的正常运行。

所以现有地铁列车的普遍采用的制动方式为电制动(再生制动)+空气制动，运行中以电制动为主，空气制动为辅。列车在运行过程中，由于站间距较短，列车启动、制动频繁，制动能量相当可观。再生制动产生的能量除了一定比例(一般为20％～80％)被其他相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被列车的吸收电阻以发热的方式消耗掉或被线路上的吸收装置吸收。这不仅白白浪费能量，而且也会造成地铁环境温度升高，并使城轨建设费用和运行费用增加。

采用储能技术可将列车的再生制动能量吸收存储起来，当供电区间内列车需要能量时，再将所存储的电能释放再利用，这样就可最大程度避免能量的浪费。目前已有的飞轮储能型或电容储能型制动技术具有一定的实用价值，但飞轮储能型制动技术的储能元件为飞轮电机，由于飞轮长时间处于高速旋转状态，且飞轮质量很大，故摩擦耗能问题严重，飞轮工作寿命短。而现有电容储能型制动技术的吸收设备每次存储满电能后都要将电容上的电能释放消耗掉，否则下次工作电容无法吸收制动能量。这些缺陷在一定程度上限制了节能效果的进一步改善。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服现有地铁列车节能技术方案的不足，提出一种地铁供电系统的多目标综合控制节能方法，通过对节能系统装置的控制使得再生制动能量在系统中优化分配并能够对牵引变电站的谐波、无功进行补偿，从而在降低地铁供电系统能耗的同时保证系统的稳定性和改善电能质量。

技术方案：通过对地铁供电系统的多目标综合控制节能装置中的能量流动进行控制以及对地铁变电站除牵引负荷外的其它负荷分支的谐波、无功进行补偿来达到节能的目的；对地铁供电系统的多目标综合控制节能装置中的能量流动采用如下的控制方式：

1)当机车进站时：机车减速，制动能量回馈到正直流母线、负直流母线间，设该能量回馈到交流母线、存储到独立电容器组的比例即能量分配系数分别为a、b，a和b的关系满足a+b＝1；a、b的值可通过对电压、电流的检测由核心控制器实时计算得到；极限情况a＝0、b＝1表示通过DC/DC模块向独立电容器组充电储能，此时AC/DC模块有功能量流动的功能是闭锁的；当独立电容器组达到电压上限值后，电能通过AC/DC模块回馈到交流母线中，此时DC/DC模块有功能量流动的功能是闭锁的；a、b为其它数值时则表示制动能量从产生时刻起即同时回馈到交流母线和存储到独立电容器组；

2)当机车出站时：机车启动、加速，设交流母线、独立电容器组输送到正直流母线、负直流母线间的电能的比例即能量分配系数分别为α、β，α和β的关系满足α+β＝1；α、β的值可通过对电压、电流的检测由核心控制器实时计算得到；极限情况α＝0、β＝1表示独立电容器组的储能通过DC/DC模块回馈到正直流母线、负直流母线间，在此阶段AC/DC模块有功能量流动的功能是闭锁的；当独立电容器组的电压低于下限值后，DC/DC模块有功能量流动的功能闭锁，交流母线中的电能通过AC/DC模块输送到正直流母线、负直流母线间；α、β为其它数值时则表示机车从启动时刻起所需的能量同时从交流母线和独立电容器组获得；

3)机车中途运行状态时：交流母线中的电能通过AC/DC模块输送到正直流母线、负直流母线间，以保持公用电容器组电压稳定；独立电容器组中的储能通过DC/DC模块与公用电容器组进行能量交换来达到动态平衡，以使独立电容器组电压维持在定值。

对地铁变电站除牵引负荷外的其它负荷分支的谐波、无功按照下述方式进行补偿：

由传感器对地铁变电站除机车牵引外的其它负荷分支的电流、电压进行采样，再由控制电路根据采集的电流、电压信息计算出除牵引负荷外的其它负荷分支的谐波、无功，最后控制AC/DC模块进行电能治理，补偿变电站内的谐波、无功，即该方法在一定的有功功率条件下，通过提高牵引变电站交流母线的输入功率因数来减少线路损耗，起间接节能效果。

有益效果：

(1)实现了能量的再生制动，将地铁再生制动能量回馈电网或用电容存储，可大幅减少制动能量消耗；