[发明专利]一种用于轨道交通的三电平拓扑储能装置及其控制方法

说明书

本发明的用于轨道交通的三电平拓扑储能装置，包括预充电电路、中点电位箝位电路、超级电容器Cap和n个双向DC/DC变流支路；中点电位箝位电路由电容C1和C2组成，双向DC/DC变流支路由四个IGBT器件V1、V2、V3和V4以及电抗器L1组成，V1与V2的连接点、V3与V4的连接点分别接于电抗器L1的两个输入端上，L1的两个输出端分别接于超级电容器Cap的两端。制动能量吸收再利用控制方法为：a).检测电压；b).电压比较；c).电压外环；d).电流闭环；e).中点电位调节；f).驱动信号的生成。本发明的三电平拓扑储能装置及控制方法，既实现了制动能量的重新利用，又解决了列车启动所导致的电网电压过度下降的问题，有益效果显著，适于应用推广。

技术领域

本发明涉及一种三电平拓扑储能装置及其控制方法，更具体的说，尤其涉及一种的用于轨道交通车辆制动能量吸收再利用的三电平拓扑储能装置及其控制方法。

背景技术

众所周知，由于城市轨道交通具有运量大、速度快、时间准、能耗低、污染少和安全舒适等特点，因此城市轨道交通方式成为目前解决城市交通拥挤问题的一种有效手段。由于地铁站间距离较短，列车启动、制动频繁，大约40%左右的能量被浪费。传统的制动能量吸收方式是普遍采用电阻消耗方式。此吸收方式不仅自身耗费能量，并且还需增加额外的通风设施来降低环境温度。

储能装置可以将制动能量吸收存储再利用，是解决上述制动方式不足的一种方式。针对DC1500V直流牵引供电系统，目前市场已有的储能装置大都采用3300V的IGBT作为功率转换器件，此种方式开关频率低，会导致其波形质量差，且滤波电抗器相对较大，总体造价成本高，为了解决此问题，本发明设计了一种三电平拓扑结构的储能装置并设计了相应的控制方法，该装置使用常规的1700V的IGBT作为功率器件，可以有更高的开关频率，在节约成本的同时具有更好的性能。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种用于轨道交通的三电平拓扑储能装置及其控制方法。

本发明的用于轨道交通的三电平拓扑储能装置，包括预充电电路、中点电位箝位电路、超级电容器Cap和n个双向DC/DC变流支路；其特征在于：中点电位箝位电路由电容C1和电容C2组成，电容C1的一端经预充电电路接于直流牵引电网的正极，C1的另一端与C2串联后接于直流牵引电网的负极；双向DC/DC变流支路由四个IGBT器件V1、V2、V3和V4以及电抗器L1组成，V1、V2、V3和V4依次串联后的两端分别接于C1与C2串联后的两端，V2与V3的连接点接于C1与C2的连接点；V1与V2的连接点、V3与V4的连接点分别接于电抗器L1的两个输入端上，L1的两个输出端分别接于超级电容器Cap的两端。

本发明的用于轨道交通的三电平拓扑储能装置，所述预充电电路由继电器KM1、继电器KM2和预充电电阻R1组成，继电器KM2的常开点与电阻R1串联再与继电器KM1的常开点并联后，一端接于直流牵引电网的正极，另一端与电容C1相连接。

本发明的用于轨道交通的三电平拓扑储能装置，所述IGBT器件为1700V的IGBT。

本发明的用于轨道交通的三电平拓扑储能装置，所述超级电容器Cap由多个超级电容单体串并联组成。

本发明的用于轨道交通的三电平拓扑储能装置的制动能量吸收再利用控制方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：

a).检测电压：实时检测直流牵引电网的电压，设检测的电压值为Vpn；

b).电压比较：将检测到的直流牵引电网的电压Vpn与设定参考电压Vref作比较，如果Vpn＞Vref，则判断出列车处于制动状态引起电网电压上升，此时进入储能模式，充电命令信号进行置1有效；如果Vpn＜Vref，则判断出列车处于启动加速状态引起电网电压下降，此时进入释放模式，放电命令信号进行置1有效；