[发明专利]城轨超级电容储能系统能量控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及城轨交通储能、节能技术领域，具体说是城轨超级电容储能系统能量控制方法。

背景技术

城轨交通具有以下特点：站间距短，城轨列车(简称为列车)启动、制动频繁，而再生制动是一种可以将列车的动能再生成为电能，并且产生可控制动力的制动方式。它有效地减轻了机械制动装置的负担和磨损，从而成为列车制动的主要方式。再生制动可以回馈20％～60％的电能，成为节约列车运行能耗的主要手段，列车采用再生制动的方式将再生制动能量回馈到接触网。

由于典型的牵引变电所采用的是二极管整流方式，多余的再生制动能量不能通过牵引变电所返送至上级中压网络。当列车进行再生制动时，如果临近没有其他列车来吸收再生制动能量，再生制动能量将导致列车受电弓处的电压急剧上升，当电压超过规定上限值时，将导致列车切除再生制动，转化为空气制动。

因此，如何将列车的再生制动能量充分有效的回收利用，是当前亟待解决的问题。

城轨超级电容储能系统已被我们成功开发并应用在北京地铁变电所，可以有效吸收列车再生制动能量，并抑制电压波动。但如何有效地管理控制安装在不同牵引变电所的多个城轨超级电容储能系统，还值得进一步研究。

如图1所示，本发明所述城轨超级电容储能系统包括：电压传感器V、电流传感器I、双向DC/DC变换器、超级电容模组及滤波电感L₁和直流稳压电容C₁。

双向DC/DC变换器的低压侧与超级电容模组连接，

双向DC/DC变换器的高压侧与直流稳压电容C₁和滤波电感L₁相连，再与城轨直流供电网连接，

电压传感器V共两个，分别连接在城轨直流供电网正负极和超级电容模组两端上，电流传感器I连接在超级电容模组的输出支路上。

城轨超级电容储能系统的作用如下：

节能作用：列车进站制动时，列车进行再生电制动，列车的再生制动装置将列车的动能转变为电能反馈给牵引网，并使牵引网电压升高，超过城轨超级电容储能系统设定的电压限值时，城轨超级电容储能系统快速存储再生制动电能；当列车出站起动或加速时，牵引网电压下降，当低于城轨超级电容储能系统设定的电压值时，城轨超级电容储能系统快速释放存储的能量，提供给需要能量的列车。在保证列车运行的情况下，降低牵引供电系统的能量消耗。

稳压作用：由于城轨超级电容储能系统能够当牵引网电压低于某一限定值时，向牵引网提供能源，抑制牵引网电压的进一步跌落；当牵引网电压高于理论空载电压时，城轨超级电容储能系统吸收能量并储存，抑制牵引网电压的抬升，使牵引网电压维持在所要求的范围内。因此城轨超级电容储能系统对稳定牵引网电压具有一定作用。

如图2所示，现有的城轨超级电容储能系统能量控制方法，其充电阈值和放电阈值基本设定为不变或者变化范围较小。现有的城轨超级电容储能系统能量控制方法的控制方式基本为分别独立控制每个牵引变电所的超级电容储能系统，使每套超级电容储能系统独自的节能效果或其它评估目标最优(例如下文给出的参考文献)，而不是通过协调多套超级电容储能系统的能量流动，使所有超级电容储能系统的节能效果或其它评估目标在整体上达到最优。

在每一个控制周期内，实时检测直流供电网的直流侧电压(简称为直流供电网电压)，当其高于充电阈值时，基于直流供电网电压与充电阈值差值控制双向DC/DC变换器，使超级电容储能系统处于充电状态，并且将直流侧电压稳定为充电阈值；

在每一个控制周期内，实时检测直流供电网的直流侧电压(简称为直流供电网电压)，当其低于放电阈值时，基于直流供电网电压与放电阈值差值控制双向DC/DC变换器，使超级电容储能系统处于放电状态，并且将直流侧电压稳定为放电阈值；

在每一个控制周期内，实时检测直流供电网的直流侧电压(简称为直流供电网电压)，若其处于充电阈值和放电阈值之间，关闭双向DC/DC变换器所有开关管，使超级电容储能系统处于待机状态。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供城轨超级电容储能系统能量控制方法，使多套城轨超级电容储能系统协调工作，使城轨超级电容储能系统充分有效地吸收列车的制动能量，提高城轨供电系统的能量利用效率，并且抑制供电系统直流侧电压的波动。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

城轨超级电容储能系统能量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：