[发明专利]应用于地铁系统的能量综合利用系统和方法

说明书

本发明提供一种应用于地铁系统的能量综合利用系统，其包括能量回馈系统和电阻耗能系统；能量回馈系统包括能量回馈主回路和能量回馈控制模块；电阻耗能系统包括电阻耗能主回路和电阻耗能控制模块；能量回馈控制模块用于在直流母线电压U_dc上升并超过能量回馈系统工作的直流母线电压阀值U_{H_ref}时导通能量回馈主回路，以及在直流母线电压U_dc继续上升并超过直流母线电压最大限定值U_{H_max}时与电阻耗能控制模块一起导通电阻耗能主回路。相应地，提供一种应用于地铁系统的能量综合利用方法。本发明中，使能量回馈系统优先投入工作，再由能量回馈系统控制电阻耗能系统投入工作的时间，从而既避免了直流母线电压继续上升，又达到了更好的节能效果。

技术领域

本发明涉及地铁系统技术领域，具体涉及一种应用于地铁系统的能量综合利用系统，以及一种应用于地铁系统的能量综合利用方法。

背景技术

近年来，城市地铁交通因其高效、有序和省时的交通效果，降低化石燃料的消耗，减少汽车尾气对空气的污染，以及实现节能减排的低碳优势，发展非常迅速。

但是，城市地铁在运行过程中，由于运行速度快，且站点设置较多，因此，相邻两站之间的通行时间一般控制在两分钟到三分钟之间，这就导致了地铁需要频繁起动和制动，在制动过程中，会产生巨大的制动能量，需要采用制动能量吸收装置来消耗掉这些电能，造成了大量的电能浪费。因此，对地铁制动能量进行回收利用已成为现有地下交通系统缩减运营成本、节约运行能源的重要课题。

目前，制动能量吸收的方式主要包括电阻耗能、电容储能、飞轮储能和逆变回馈等几种。其中，电阻耗能方式只能将电能转换为热能排掉，能源浪费严重；电容储能方式需要设置体积庞大的电容器组，占用城际铁路宝贵的地下空间；飞轮储能方式对飞轮的制作工艺要求高，而且飞轮储能制作成本很高，使用寿命不理想；逆变回馈方式是在再生制动使直流母线电压超过规定值时启动，并从直流母线处吸收电能，将再生直流电能逆变成工频交流电回馈至交流电网，以达到节能目的。

为了同时实现制动能量吸收和回收利用，现有技术中，会同时采用电阻耗能系统和能量回馈系统。

然而，发明人发现，现有的地铁电阻耗能系统和能量回馈系统是两个完全独立的系统，其中能量回馈系统很难满容量运行，一大部分制动能量被电阻耗能系统消耗掉，造成电能的浪费。

如图2a至图2d所示，其中，U_{R_ref}为电阻耗能系统工作的直流电压阀值，U_{H_ref}为能量回馈系统工作的直流母线电压阀值，U_{H_max}为直流母线电压最大限定值。

从图中可以看出，在地铁刹车制动时，直流母线电压U_dc开始升高，在t1时刻，直流母线电压U_dc达到了电阻耗能系统工作的直流电压阀值U_{R_ref}，其控制系统发指令开通开关管，电阻耗能系统开始消耗制动电能；在t2时刻，直流母线电压U_dc达到了能量回馈系统工作的直流母线电压阀值U_{H_ref}，能量回馈系统投入工作，直到制动能量消耗完。可见，电阻耗能系统在能量回馈系统未达到额度容量之前就投入工作了，而且不管能量回馈系统是否满载运行，电阻耗能系统都会消耗一定制动能量，从而造成了电能的浪费。

发明内容

为了至少部分解决现有技术中存在的技术问题而完成了本发明。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种应用于地铁系统的能量综合利用系统，其包括能量回馈系统和电阻耗能系统；

所述能量回馈系统包括与直流母线电连接的能量回馈主回路，以及与所述能量回馈主回路电连接的能量回馈控制模块；所述电阻耗能系统包括与直流母线电连接的电阻耗能主回路，以及与所述电阻耗能主回路电连接的电阻耗能控制模块；