[发明专利]适用于潮流仿真计算的储能型再生能量吸收装置模拟方法

说明书

本发明提供了适用于潮流仿真计算的储能型再生能量吸收装置模拟方法，包括以下步骤：建立主电路模型，由两个支路并联形成，其中支路一由开关元件K₁、电阻元件R、受控电压源U_sc串联形成，支路二由开关元件K₂、受控电流源I_sc串联形成；建立控制系统计算单元，其依据仿真前设置的恒定参数和在仿真中采集的主电路模型的直流网侧电压u_dc、直流网侧输入电流i_dc，以及控制系统计算单元在上一个仿真步长输出的控制信号soc，进行每个仿真步长的计算。本发明通过建立通用性的主电路模型和控制系统计算单元，来模拟储能型再生能量吸收装置复杂的电气外特性，无需搭建含有大量电力电子器件的变换器电路，既满足了工程精度需求，又保证了仿真速度。

技术领域

本发明属于轨道交通供电系统潮流仿真计算领域，特别涉及一种适用于潮流仿真计算的储能型再生能量吸收装置模拟方法。

背景技术

目前城市轨道交通供电系统大多采用整流机组，将电能从三相交流电转换为直流电给列车供电。由于整流机组的二极管整流电路只能单向流动能量，因此列车在频繁制动时产生的大量再生制动能量将无法通过整流机组返回至供电系统上级交流网络。若列车产生的再生制动能量无法被相邻列车吸收，将被消耗在制动电阻或制动闸瓦上，造成能量浪费并导致隧道温升。

为解决上述问题，可以在城市轨道交通直流供电网（例如在牵引变电所直流母线、列车等位置）安装储能型再生能量吸收装置。如图1所示，储能型再生能量吸收装置一般包括储能元件、变换器、电压传感器、电流传感器、储能量百分比传感器等主要组成部分。储能元件可以采用超级电容、电池、飞轮等储能设备。变换器用于实现和控制轨道交通供电系统直流网与储能元件之间的双向能量流动，因此变换器的类型需与储能元件的类型相匹配。例如当储能元件采用超级电容或电池时，变换器可以采用双向DC/DC变换器实现轨道交通供电系统直流网与储能元件之间的双向能量流动。电压传感器用于采集储能型再生能量吸收装置的直流网侧电压。电流传感器用于采集储能型再生能量吸收装置的直流网侧电流。储能量百分比传感器用于采集储能元件的当前储能量百分比。

将储能型再生能量吸收装置安装于轨道交通供电系统直流网主要是为了实现节能稳压作用。当列车制动并回馈再生能量时，直流网压将上升，储能型再生能量吸收装置为充电状态，吸收列车再生能量，并抑制直流网压上升；当列车启动并吸收牵引能量时，直流网压将下降，储能型再生能量吸收装置为放电状态，释放存储的能量，并抑制直流网压下降。目前储能型再生能量吸收装置最普通采用的控制策略是基于采集的直流网侧电压、直流网侧电流、当前储能量百分比以及设置的额定功率、充电阈值、放电阈值、总储能量、充电效率、放电效率、等效内阻、储能量百分比初始值、储能量百分比上限阈值、储能量百分比下限阈值等参数，控制和切换储能型再生能量吸收装置的充放电状态，控制原理如下：

（1）当直流网侧电压小于充电阈值且大于放电阈值

储能型再生能量吸收装置为待机状态，既不充电，也不放电。

（2）当直流网侧电压不小于充电阈值

1）当前储能量百分比未达到储能量百分比上限，且输入功率未达到额定功率

储能型再生能量吸收装置为恒压充电状态，吸收能量，并将直流网压稳定在充电阈值。

2）当前储能量百分比未达到储能量百分比上限，且输入功率达到额定功率