[发明专利]基于飞轮储能和电阻制动的再生能量回收系统及控制方法

说明书

本发明涉及城市轨道交通再生能量回收技术领域，具体涉及一种基于飞轮储能和电阻制动的再生能量回收系统，其包括：至少一个飞轮储能回馈装置、至少一个电阻吸收装置和电压传感器，该系统中的电阻吸收装置和飞轮储能回馈装置相互协调工作，以飞轮储能回馈为主，电阻吸收为辅，既可以充分利用再生能量，节能减排，又能节省总体投资，有效提高了系统经济效益，系统的整体经济性与节能效果比单一的电阻吸收装置和飞轮储能回馈装置更佳；本发明提供的该系统控制方法，飞轮储能回馈装置与电阻吸收装置在控制上解耦，不需要依赖于相互通信，降低了系统控制的复杂度，具有可扩展性、方便建设和运维。

技术领域

本发明涉及城市轨道交通再生能量回收技术领域，具体涉及一种基于飞轮储能和电阻制动的再生能量回收系统及控制方法。

背景技术

随着我国城市轨道交通建设的迅速发展，轨道列车传动控制技术也取得了显著的进步。城市轨道交通基本上都已釆用交流变频调压(VVVF)调速系统，采用再生制动的方式。再生制动最大的优势是节能，将再生制动能量回馈到牵引电网，可供相邻列车使用。列车每年所产生的再生制动能量非常可观，据统计，有的牵引电网再生制动能量占列车牵引总电能的30％左右，但再生制动能量并不能被其它相邻车辆完全吸收，若不进行有效处理，会使得牵引电网电压超出正常范围，从而引发车辆牵引系统过压保护，影响系统运行。为了解决轨道交通再生制动能量的回收利用问题，国内外所釆用的能量回收方法通常包括电阻耗能型、飞轮储能型、电容储能型和逆变回馈型四种。

电阻耗能型包括车载电阻和地面电阻两种再生能量吸收方式。车载电阻吸收方式将电阻吸收装置安装在列车上，在反馈回直流牵引网的能量未能被相邻车辆所完全吸收，导致牵引网的电压达到设定值时，由安装在车厢上的车载制动电阻消耗掉多余能量。这种车载电阻制动的方式本身并不节能，所产生的热量会造成隧道内温度上升，增加了城轨交通的运营成本和建设费用。地面电阻吸收方式是将电阻吸收装置安装在牵引变电所，当再生制动能量不能完全被本车的用电设备和其他相邻车辆所吸收时，地面电阻能量吸收装置会立刻启动，维持牵引电网电压在设定的范围内，并将多余的能量以热能形式消耗掉。这种方式的主要问题是不节能，但是由于其技术成熟，简单可靠，造价较低，已在国内多条地铁线路中应用。在电阻耗能型技术方案方面，国内目前主要采用恒压电阻吸收装置，该方案的缺点是：将再生制动能量通过热能的形式耗散掉，没有进行再回收利用，不节能；再生制动能量在吸收电阻上集中发热消耗，导致放置电阻柜的设备空间环境温度上升，还需采取措施保证足够的通风量来散热，增加了额外的能量消耗。

通过飞轮储能对轨道交通再生制动能量进行回收利用是一种很好的解决方案，近年来得到越来越广泛的应用。飞轮储能装置接在牵引供电网的直流母线上，当列车制动时，将再生制动能量通过飞轮的动能存储起来，当列车启动或加速时，再将飞轮储存的动能转化成电能输出，实现再生制动能量的回收利用。飞轮储能装置使用寿命长，运维成本低；再生能量直接在直流系统内转换，不影响交流系统，能量利用效率高，节能效果好，但初期投资成本较高。

为了解决轨道交通再生制动能量的回收利用问题，只靠单一的某种产品很难在技术性能方面和经济指标方面同时达到最优。

鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的基于飞轮储能和电阻制动的再生能量回收系统及控制方法成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于飞轮储能和电阻制动的再生能量回收系统及控制方法。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：

本发明提供了一种基于飞轮储能和电阻制动的再生能量回收系统，该系统包括：用于输出电能给轨道供电的供电网、用于输出电能给列车供电的直流母线、设于直流母线与供电网之间的整流器和变压器，所述整流器的直流侧与直流母线连接，交流侧与变压器的一端连接，变压器的另一端与所述供电网连接，所述供电网输出的电能经过变压器、整流器转换后与直流母线相适配，该系统还包括：