[发明专利]一种用于超级电容储能式有轨电车的充电装置及充电方法

说明书

本发明公开了一种用于超级电容储能式有轨电车的充电装置及充电方法，包括前级DC/DC升压变换器和后级DC/DC降压变换器，所述DC/DC升压变换器采用四相交错的Boost电路进行并联，所述DC/DC降压变换器采用四相交错的Buck电路进行并联，所述Boost电路与所述Buck电路通过直流母线进行互连，整个系统通过将直流母线电压控制在DC1050V来实现对有轨电车车载超级电容稳定输出DC0‑900V的充电电压；本发明还公开了一种用于超级电容储能式有轨电车的充电方法，前级Boost电路采用电压外环、电流内环的双闭环控制方式，后级Buck电路采用先恒流限压控制后转换为恒压限流控制的方式，同时，跟踪后级Buck电路的输出电流值并前馈至前级Boost电路，使得直流母线电压能稳定控制在DC1050V。

技术领域

本发明涉及交通工程充电技术领域，具体涉及一种用于超级电容储能式有轨电车的充电装置及充电方法。

背景技术：

现代有轨电车具有美观、环保、资源节约的适应小曲线半径和大坡度运行，单向可以适应从0.5万～1.5万人次/小时的客流需求，设计时速可达70～80km/h，一般运营中噪音比城市背景交通还低。且随着对超级电容的研究开发，其能量密度和功率密度得到大幅提升，其快速充放电的特性也适用于频繁启停的城市轨道交通。

超级电容储能式有轨电车，其储能电源可吸收车辆再生能量，效率达85％以上，同比传统受电方式的轨道交通车辆，可降低牵引能耗20％以上，由于取消了接触网或第三轨的供电线路，区间无需考虑钢轨杂散回流电流的处理措施，在一定程度上降低线路和供电系统的初期投资，且大大改善了沿线道路尤其是交叉口的城市景观。基于此，近年来储能式有轨电车在中、大城市不断得到发展和推广。

目前，国内现有新型储能式有轨电车供电系统主要以AC10kV供电和DC1500V供电为主要形式。其中，AC10kV供电属于分散式供电系统，每个充电装置需要单独配置降压变压器，同时集成整流功能和直流变换功能，整个系统可靠性高，但成本及设计较为复杂。DC1500V供电为常规标准的地铁供电制式，充电装置设计较为简单，只需具备降压功能即可，故为目前最常用的储能式有轨电车供电系统。由于历史遗留原因，国内还有部分新设计的储能式有轨电车供电系统为DC750V，供电电压波动范围为DC500～900V，输出车载超级电容电压范围为DC0～900V，输入和输出都为宽范围，从电压高低的角度看，有时工作在升压、有时工作在降压，考虑到大功率直流充电为非隔离设计，系统拓扑设计较为困难，因此很有必要对系统供电制式和装置拓扑做进一步深化研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于超级电容储能式有轨电车的充电装置及充电方法，以解决现有技术中导致的大功率直流充电的系统拓扑困难的缺陷。

一种用于超级电容储能式有轨电车的充电装置，包括依次连接的输入回路、前级DC/DC升压变换器、后级DC/DC降压变换器和输出回路；

所述输入回路包括依次连接的输入防雷、输入隔离开关、输入接触器和输入快熔，所述输入接触器的两端并联有预充电回路，所述输入接触器和输入快熔之间连接有输入稳压电容和电阻；输入防雷由快熔与避雷器串联组成，输入隔离开关由两个同型号隔离开关并联组成，输入接触器由两个同型号接触器并联组成，输入快熔串联于每相Boost支路的输入端正极，预充电回路由快熔、接触器和电阻串联组成；

所述前级DC/DC升压变换器的输入端与所述输入回路的输出端相连接，其输出端与所述后级DC/DC降压变换器的输入端相连；

所述后级DC/DC降压变换器的输出端与所述输出回路相连接；

所述输出回路包括依次相连的输出快熔、钳位二极管、输出接触器、输出隔离开关和输出防雷，所述输出快熔和钳位二极管之间连接有输出稳压电容和电阻，输出快熔串联于每相Buck支路输出端正极，输出防雷由快熔与避雷器串联组成。