[发明专利]集成储能装置充放电控制的轨道车辆牵引逆变系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于轨道车辆电气技术领域，涉及一种用于轨道车辆的牵引逆变器，具体的说，涉及一种集成储能装置充放电控制的轨道车辆牵引逆变系统及方法。

背景技术

目前轨道交通牵引传动系统所用的储能装置充放电控制器一般为一台储能装置为2台逆变单元提供能量，如果单台故障将导致两台牵引逆变单元无法通过储能装置进行能量的释放和吸收，导致系统的冗余性较差。

目前为车载储能装置进行充放电的DCDC控制器与牵引逆变器是独立的两个不同的设备，因此DCDC控制器也需要一套单独的预充电单元、线路滤波器和控制器，同时也需要单独的功率模块和散热系统。系统相对复杂，设备的综合成本较高。

另一方面，车载储能装置DCDC控制器需要单独的控制器进行充放电控制，若要实现牵引和制动工况下与牵引逆变器能量管理进行优化，则需要与牵引逆变器进行大量的实时数据交互，需要额外增加DCDC控制器与牵引控制器之间的通信线缆，控制的实时性和可靠性相对较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成储能装置充放电控制的轨道车辆牵引逆变系统，可实现列车牵引和制动工况下能量高效的管理。

本发明的技术方案是：集成储能装置充放电控制的轨道车辆牵引逆变系统，包括预充电单元、线路滤波单元、电流电压检测单元、两组牵引逆变单元及牵引控制单元，电流电压检测单元采集系统内的电流电压信号，进行信号转换并传递到牵引控制单元，预充电单元为两组，线路滤波单元为一组；直流线网侧分别经两组预充电单元连接到一组线路滤波单元的输入端；每组牵引逆变单元均包括集成为一体的斩波模块和逆变模块，斩波模块包括制动斩波单元和DCDC斩波单元，制动斩波单元分别与线路滤波单元的输出端、制动电阻相连和DCDC斩波单元相连；DCDC斩波单元分别与储能装置和逆变单元相连；两组逆变单元分别与两侧不同的牵引电机相连；

DCDC斩波单元包括DCDC双向变流桥臂，能量可在储能单元、DCDC斩波单元和逆变单元之间双向流动；

牵引控制单元控制制动斩波单元、DCDC斩波单元和逆变单元的工作。

优选的是：牵引逆变单元包括并联的五个桥臂，分别为一个制动斩波桥臂，一个DCDC斩波桥臂和三个逆变桥臂，每个桥臂的结构相同，均包括串联连接的上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂均包括同向并联连接的IGBT和二极管，IGBT的集电极与二极管的阴极相连，IGBT的发射极与二极管的阳极相连；

五个桥臂中，每个上桥臂的输出端，均经制动电阻与储能装置的第一端相接，每个下桥臂的输入端均与储能装置的第一端相连；

制动斩波桥臂下桥臂的输出端与储能装置的第一端相连；

DCDC斩波桥臂下桥臂的输出端经电感与储能装置的第二端相连；

三个逆变桥臂中，每个下桥臂的输出端均接牵引电机。

更进一步的：储能装置包括多个串联连接的电容模块。

列车储能装置充放电控制的方法，包括架空线运行控制和非架空线运行控制；架空线运行控制方法如下：检测储能装置的电压及列车运行速度；

为储能装置设定充电极限和放电极限，充电极限分为主动充电极限U_CMAXACT和被动充电极限U_CMAXPASS，分别对应主动充电速度极限V_MAXACT和被动充电速度极限V_MAXPASS，且U_CMAXACT＞U_CMAXPAS，V_MAXACT＞V_MAXPASS；放电极限分为主动放电极限U_CMINACT和被动放电极限U_CMINPASS，分别对应主动放电速度极限V_MINACT和被动放电速度极限V_MINACT，且U_CINXACT＜U_CINPASS，V_MINACT＜V_MINPASS；

当储能装置的电压U≥U_CMAXACT，则强制对储能装置放电；

当储能装置的电压U≥U_CMAPASS，则停止对储能装置充电；

当列车运行速度V＞V_MAXPASS，V_MAXPASS线性下降；

当列车运行速度V＞V_MAXACT，V_MAXACT线性下降；