[发明专利]地铁供电系统的多目标综合控制节能装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种多目标综合控制节能装置，是一种运用到地铁供电系统的节能装置。属于电力电子与电力传动技术领域。

背景技术

节约能源是我国的一项基本基本国策，是国民经济可持续发展战略的重要内容。近年来，我国经济发展迅速，交通拥挤状况成为城市发展的一个障碍。在各大城市中，发展和建设快速的轨道交通系统网络已势在必行。目前，我国已有15个城市正在申请修建地铁和轻轨道路，线路总长超过430公里，建设投资约1400亿元人名币。到2025年我国将有30个以上的大中城市建成地铁交通网，地铁将成为大中城市的主要交通网。

作为用电大户的城市轨道交通网络，普遍采用直/交变压变频的传动方式，车辆的制动方式为电制动(再生制动)+空气制动，运行中以电制动为主，空气制动为辅。列车在运行过程中，由于站间距较短，列车启动、制动频繁，制动能量相当可观。根据经验，地铁再生制动产生的能量除了一定比例(一般为20％~80％)被其他相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被列车的吸收电阻以发热的方式消耗掉或被线路上的吸收装置吸收。当列车发车密度较低时，再生能量被其他车辆吸收的概率将大大降低。目前国内城市轨道交通大多数采用电阻能耗吸收装置处理列车运行过程中的再生能量，这不仅浪费能量，而且也增加了站内空调通风装置的负担，并使城轨建设费用和运行费用增加。

目前也有地铁线路使用飞轮储能型或电容储能型制动技术，采用IGBT逆变器将列车的再生制动能量吸收到飞轮电机或大容量电容中，当供电区间内列车需要能量时，该装置将所存储的电能释放再利用。这些技术具有一定的实用价值，但飞轮储能型制动技术的储能元件为飞轮电机，由于飞轮长时间处于高速旋转状态，且飞轮质量很大，故摩擦耗能问题严重，飞轮工作寿命短。而现有电容储能型制动技术的吸收设备每次存储满电能后都要将电容上的电能释放消耗掉，否则下次工作电容无法吸收制动能量。这些缺陷在一定程度上限制了节能效果的进一步改善。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服现有地铁列车节能技术方案的不足，提出一种地铁供电系统的多目标综合控制节能装置，该装置能够使再生制动能量在系统中优化分配并能够对牵引变电站的谐波、无功进行补偿，从而在降低地铁供电系统能耗的同时保证系统的稳定性和改善电能质量。

技术方案：本发明的地铁供电系统的多目标综合控制节能装置包括第一电抗器、第二电抗器、第三电抗器、第四电抗器，交流/直流变流模块即第一AC/DC模块、第二AC/DC模块、第三AC/DC模块、第四AC/DC模块，公用电容器组，直流/直流变流模块即第一DC/DC模块、第二DC/DC模块、第三DC/DC模块、第四DC/DC模块，第一独立电容器组、第二独立电容器组、第三独立电容器组、第四独立电容器组，第一传感器、第二传感器、第三传感器，以及控制电路；

所述的第一AC/DC模块、第二AC/DC模块、第三AC/DC模块、第四AC/DC模块的交流侧分别对应连接到第一电抗器、第二电抗器、第三电抗器、第四电抗器的一端上，直流侧与公用电容器组相连，第一电抗器、第二电抗器、第三电抗器、第四电抗器的另一端分别对应接在第四变压器、第五变压器的二次侧上；

所述的第一DC/DC模块、第二DC/DC模块、第三DC/DC模块、第四DC/DC模块(的一次侧连接到公用电容器组上，二次侧分别对应与各自的第一独立电容器组、第二独立电容器组、第三独立电容器组、第四独立电容器组相连；

AC/DC模块、DC/DC模块数目为一个或多个，所有的AC/DC模块的直流侧、DC/DC模块的一次侧都并联到一个公用电容器组上，公用电容器组的正、负极分别引出正直流母线、负直流母线，直流牵引母线电压等级为1500V；

所述的第一传感器、第二传感器、第三传感器分别安装在每个非牵引的负荷分支上。

本发明的一种地铁供电系统的多目标综合控制节能装置的控制电路包括核心控制器、DC/DC本地控制器和AC/DC本地控制器，其中核心控制器包括核心控制功能模块、能量吸收集中控制功能模块、能量回馈集中控制功能模块；

所述核心控制器的核心控制功能模块由DSP即数字信号处理器实现，其输入端是地铁变电站其他非牵引负荷采样、直流牵引母线采样的电压、电流信息，以及各DC/DC模块的独立电容器组母线采样的电压信息，这些信息由传感器获取，其输出端与核心控制器的能量吸收集中控制功能模块相连，输出能量吸收、释放命令信号；同时与核心控制器的能量回馈集中控制功能模块相连，输出能量回馈、无功、谐波补偿命令信号；