[发明专利]城轨供电系统混合型再生能量回收方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及城市轨道交通系统的城轨能量回收技术，具体涉及一种城轨供电系统混合型再生能量回收方法及装置。

背景技术

城市轨道交通的再生制动能量(列车制动时，将列车的动能转化再利用，而不是变成热能)相当可观，约为牵引能量的30％，除了部分能量被辅助供电系统吸收，多余的能量会通过再生制动能量回收装置吸收或再利用。目前再生制动能量利用装置可分为三类：能量吸收装置、能量储存装置、能量回馈(将牵引电机的电动机工况转变为发电机工况，将列车动能转化为电能，电能通过变流器反馈给供电触网，可提供给相邻运行的列车使用的制动方式)装置。

城轨能量回收系统中，列车制动时，直流网压抬高，当网压到达一定程度时，多余的能量通过能馈变流器和能馈变压器，回馈至交流电网，供其他设备使用。当列车牵引导致直流网压降低时，能量回收装置能工作在整流状态，与原有牵引系统协同工作，保持直流母线电压稳定。

在实际应用中，一个变电所内有且仅有一套再生能量回收装置，且不再设置其他吸收再生制动能量的方式，变电所土建设计同样也只为一套再生能量回收装置设计放置空间。当交流电网出现故障，再生制动能量不能再继续回馈至交流电网，只能通过再生能量回收装置吸收，否则多余的能量将不能及时消耗，这将引起变流器电流增大、直流母线电压升高等问题，严重时可能会损坏变流器开关器件，影响地铁的正常运行，严重影响了供电系统的稳定性和可靠性。因此，城轨供电系统的再生能量回收装置的交流电网故障保护功能非常重要。在城轨能量回收供电系统中，对直流侧故障的研究较多，对交流侧故障研究很少。现有技术有以下几种方案：现有技术一：交流电网故障时，为了保护再生能量回收装置，采取直接切断能量回收装置与交流侧、直流侧连接的措施来实现保护功能，但是突然切断能量回收装置，再生制动能量将无法消耗，直流侧网压抬升，严重影响了系统的正常运行。现有技术二：采用混合型能量回收(列车制动时，结合能量回馈、超级电容储能或者制动电阻耗能两种工作方式，将再生制动能量回收再利用)装置，即采用能量回馈+制动电阻或者超级电容储能装置，当交流电网故障时，能通过制动电阻消耗多余的能量，或者超级电容将多余能量储存起来，但该种装置本质上不是为了解决交流电网故障问题而设计的。同时，混合型能量回收装置中，制动电阻和超级电容都需要通过斩波器模块与直流母线相连，其中超级电容需要双向DC/DC斩波模块，使整个装置的成本大大提高，同时增大了装置体积，变电所的再生能量回收装置空间也会增大，土建工程量则相应增加，也大大增加了变电所建设成本。

众所周知，城市轨道交通供电系统的安全性和稳定性关系着乘客、运营人员、列车设备等多方面的安全。当供电系统出现故障时，要求系统有对应的保护电路，能自动反应和保护系统设备，保证系统的安全运行。在保证安全的前提下，供电系统应尽可能降低成本，提高设备复用率。但是，现有技术的城轨能量回收系统中，当交流侧出现故障，混合型能量回收装置需要制动电阻或超级电容来消耗或储存多余的再生制动能量，制动电阻和超级电容都需要通过斩波器模块与直流侧母线相连，这将提高系统的成本。混合型能量回收装置的结构比常规能量回馈装置复杂，控制也相对复杂。常规能量回馈供电系统则是采取断开能馈装置的措施来保护设备，这将导致多余的再生制动能量无法消耗，直流侧网压迅速抬升，严重影响城轨系统的安全稳定运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够在交流电网故障时，通过能量吸收组件吸收再生制动能量的方式保持直流网压稳定，不需要切断能量回收装置与直流电网的连接，安全可靠性好，并且能省去斩波器结构、节约成本的城轨供电系统混合型再生能量回收方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种城轨供电系统混合型再生能量回收方法，包括如下步骤：在城轨运行状态下，检测交流电网的故障状态，如果交流电网正常，则在列车制动时进入能量回馈模式，在能量回馈模式下将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量通过能馈变流器转换为交流电、再通过能馈变压器转换为指定电压的交流电后回馈至交流电网；如果所述交流电网发生故障，则断开所述能馈变流器到交流电网之间的通路，在列车制动时进入能量吸收模式，在能量吸收模式下将能馈变流器作为斩波器或者双向DC/DC斩波器使用，将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量转换为低压直流电后通过能量吸收组件吸收。

优选地，所述在能量回馈模式下将城轨牵引供电系统的直流电网输出的再生制动能量通过能馈变流器转换为交流电的步骤包括：