[实用新型]一种用于超级电容储能式有轨电车的地面成套充电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及超级电容储能式有轨电车的充电设备，具体涉及一种用于超级电容储能式有轨电车的地面成套充电装置。

背景技术

随着我国城市化进程的不断推进，城市规模迅速扩张，城市交通拥堵成为制约城市发展的突出问题。轨道交通由于具备能耗低、污染小、时刻准、速度快等诸多特点，已成为解决城市交通拥挤最有效的方式。与传统有轨电车相比，采用超级电容作为储能元件的超级电容储能式有轨电车，能够无接触网运行，利用超级电容功率密度高、充放时间短（不超过30s）、寿命长（100万次或10年）的特点，将电能快速存贮在大功率储能元件中，作为车辆正常牵引的动力源；车辆制动时，超级电容可作为能量回收的装置，能量利用率极高，是一种用于城轨车辆的创新供电方式。但是，由于超级电容能量密度远低于蓄电池，一次充电所能储存的能量有限，车辆运行距离短，一般为2km左右，因此需要在每个车站设置快速充电装置，采用车辆到站充电的方式，为车辆提供电力。超级电容储能式有轨电车采用车站停车充电，区间运行采用车载超级电容储能牵引，在每个车站设置成套直流充电装置，要求每次车辆进站充电时间不大于30秒，充电过程中整车的连续充电电流为1500A～2400A，输出电压的变化范围为DC400V～900V，另外还需匹配超级电容的充电曲线。

用于超级电容储能式有轨电车的快速充电装置一种直流充电装置，输入既可以是交流也可以是直流，目前用于超级电容储能式有轨电车的快速充电装置多采用高压交流电网供电方案。如图1所示，快速充电装置包括整流变压器、AC/DC变换电路和DC/DC变换电路，整流变压器将从高压交流电网输入的交流电压降压至合适的电压等级，然后经过AC/DC变换电路获得合适的直流电压，最后经过DC/DC变换电路输出所需的充电电流或充电功率。

然而现阶段，已有部分城市建成轨道交通系统，在轨道交通系统中已有1500V或750V直流牵引网。储能式有轨电车作为城市轨道交通系统的补充，充电装置若采用高压交流电网供电方案，在建设上与城市轨道交通直流牵引网建设部分有所重复。重复建设部分一方面在功能上有重复、使系统结构变得复杂，另一方面也会增加建设成本、加大运营管理难度。基于上述考虑，在已有城市轨道交通系统的城市，建设储能式有轨电车充电装置时，完全可以利用现有的直流牵引网作为充电装置的输入，相比高压交流电网供电，在满足储能式有轨电车充电要求的基础上，可以使整个供电系统结构更简单、避免重复建设、降低成本、降低管理难度。因此，如何使用已有的城轨牵引网1500V或750V直流电作为充电装置的输入来满足超级电容储能式有轨电车到站后安全、快速、大功率、大电流充电的运行需求，已经成为一项亟待解决的关键技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：针对现有技术的上述技术问题，提供一种能够利用现有的1500V或750V直流城轨牵引网，满足超级电容储能式有轨电车安全、快速、大功率、大电流充电的运行需求，结构更简单、避免重复建设、实施成本低、管理难度小的用于超级电容储能式有轨电车的地面成套充电装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种用于超级电容储能式有轨电车的地面成套充电装置，包括断路器QF和至少两个并联连接的快速充电单元，所述快速充电单元包括依次相连的直流隔离开关单元、变流器单元和用于为超级电容储能式有轨电车提供充电电源输出的上网隔离开关单元，所述直流隔离开关单元的正极输入端通过断路器QF与城轨牵引网的正极母线相连，所述直流隔离开关单元的负极输入端与城轨牵引网的负极母线相连。

优选地，所述变流器单元为N相交错并联Buck变换器，其中N为大于或等于2的整数。

优选地，所述N相交错并联Buck变换器包括支撑电容Cd和N个IGBT串联支路，所述N个IGBT串联支路以及支撑电容Cd分别并联连接布置于变流器单元的正极输入端、负极输入端之间，所述IGBT串联支路由两个IGBT开关器件串联组成，所述变流器单元的正极输出端分别与各个IGBT串联支路中两个IGBT开关器件之间的位置相连，所述变流器单元的负极输入端和负极输出端直接连通。

优选地，所述N相交错并联Buck变换器的输出端还连接有N个电感，所述电感与IGBT串联支路一一对应，任意所述电感串联连接于对应IGBT串联支路中的两个IGBT开关器件之间的位置、变流器单元的正极输出端之间。